Question

11．粗碳酸鋰（含有Na⁺、K⁺、Ca²⁺等雜質(zhì)離子）制備高純碳酸鋰的工藝流程如圖1：

碳酸鋰溶解度與溫度的關系見下表：

溫度/℃	0	20	40	60	80	100
溶解度/g	1.54	1.33	1.17	1.01	0.85	0.72

（1）漿料酸化時，溫度不宜超過25℃的主要原因是溫度越高，碳酸鋰、二氧化碳溶解度都越小，減小了反應速率．判斷酸化過程已經(jīng)結束的明顯現(xiàn)象為漿料變成澄清溶液．
（2）已知Ksp[Ca₃（PO₄）₂]=2.0×10^-29，為使溶液中c（Ca²⁺）≤2×10^-5mol•L^-1，c（PO₄^3- ）的范圍
為c（PO₄^3- ）≥5×10^-8mol•L^-1．
（3）蒸發(fā)時主要反應的離子方程式為2Li⁺+2HCO₃^-=Li₂CO₃↓+CO₂↑+H₂O．母液循環(huán)次數(shù)對純度、產(chǎn)率的影響如圖2所示，循環(huán)不宜超過3次的主要原因是循環(huán)次數(shù)增多，溶液中鈉離子、鉀離子的濃度會增大，會降低產(chǎn)品的純度．
（4）為了獲得高純Li₂CO₃，過濾Ⅱ后的操作為將碳酸鋰用熱水洗滌2～3次、干燥．

Answer 1

分析 粗碳酸鋰（含有Na⁺、K⁺、Ca²⁺等雜質(zhì)離子）制備高純Li₂CO₃的工藝流程：粗碳酸鋰溶于水再通入二氧化碳生成碳酸氫鹽，再加入磷酸鋰生成磷酸鈣沉淀，過濾而除去鈣，對濾液進行蒸發(fā)使碳酸氫鋰分解生成沉淀Li₂CO₃，過濾后濾液中含有部分鋰離子及鉀離子、鈉離子等，循環(huán)使用，濾渣為碳酸鋰，洗滌、干燥后可得純碳酸鋰，
（1）根據(jù)碳酸鋰在水的溶解度可知，溫度越高，碳酸鋰溶解度越小，二氧化碳氣體在水的溶解度也減小，不利于生成碳酸氫鋰，酸化過程中碳酸鋰難溶于水，而碳酸氫鋰易溶于水，據(jù)此判斷；
（2）根據(jù)Ksp[Ca₃（PO₄）₂]=c³（Ca²⁺）c²（PO₄^3- ）   可計算出c（PO₄^3- ）的范圍；
（3）蒸發(fā)時碳酸氫鋰生成碳酸鋰，母液循環(huán)次數(shù)增多，溶液中鈉離子、鉀離子的濃度會增大，據(jù)此分析；
（4）為了獲得高純Li₂CO₃，過濾Ⅱ后要將碳酸鋰洗滌、干燥．

解答 解：粗碳酸鋰（含有Na⁺、K⁺、Ca²⁺等雜質(zhì)離子）制備高純Li₂CO₃的工藝流程：粗碳酸鋰溶于水再通入二氧化碳生成碳酸氫鹽，再加入磷酸鋰生成磷酸鈣沉淀，過濾而除去鈣，對濾液進行蒸發(fā)使碳酸氫鋰分解生成沉淀Li₂CO₃，過濾后濾液中含有部分鋰離子及鉀離子、鈉離子等，循環(huán)使用，濾渣為碳酸鋰，洗滌、干燥后可得純碳酸鋰，
（1）根據(jù)碳酸鋰在水的溶解度可知，溫度越高，碳酸鋰溶解度越小，二氧化碳氣體在水的溶解度也減小，減小了反應速率，不利于生成碳酸氫鋰，酸化過程中碳酸鋰難溶于水，而碳酸氫鋰易溶于水，所以判斷酸化過程已經(jīng)結束的明顯現(xiàn)象為漿料變成澄清溶液，
故答案為：溫度越高，碳酸鋰、二氧化碳溶解度都越小，減小了反應速率；漿料變成澄清溶液；
（2）c（Ca²⁺）≤2×10^-5mol•L^-1，根據(jù)Ksp[Ca₃（PO₄）₂]=c³（Ca²⁺）c²（PO₄^3- ）   可知，c（PO₄^3- ）≥$\sqrt{\frac{Ksp[Ca{\;}_{3}（PO{\;}_{4}）{\;}_{2}]}{c{\;}^{3（}Ca{\;}^{2+}）}}$=$\sqrt{\frac{2.0×10{\;}^{-29}}{（2×10{\;}^{-5}）^{3}}}$=5×10^-8mol•L^-1，
故答案為：c（PO₄^3- ）≥5×10^-8mol•L^-1；
（3）蒸發(fā)時碳酸氫鋰生成碳酸鋰，反應的離子方程式為2Li⁺+2HCO₃^-=Li₂CO₃↓+CO₂↑+H₂O，母液循環(huán)次數(shù)增多，溶液中鈉離子、鉀離子的濃度會增大，會降低產(chǎn)品的純度，
故答案為：2Li⁺+2HCO₃^-=Li₂CO₃↓+CO₂↑+H₂O；循環(huán)次數(shù)增多，溶液中鈉離子、鉀離子的濃度會增大，會降低產(chǎn)品的純度；
（4）為了獲得高純Li₂CO₃，過濾Ⅱ后要將碳酸鋰用熱水洗滌2～3次、干燥，
故答案為：將碳酸鋰用熱水洗滌2～3次、干燥．

點評 本題以制備高純Li₂CO₃的工藝流程為知識背景，考查了影響速率的因素、除雜質(zhì)、離子方程式等，題目難度中等，側重于考查學生對題中信息的分析和利用能力．