Question

【化學——選修2：化學與技術】（15分）碳酸鋰用途廣泛，可用作陶瓷、藥物、催化劑，也是常用的鋰離子電池的原料。工業(yè)上以鋰輝石（Li₂O·Al₂O₃·4SiO₂，含少量Ca、Mg元素）為原料生產碳酸鋰。其部分工藝流程如下： 

 

    已知：①Li₂O·Al₂O₃·4SiO₂+H₂SO₄（濃）Li₂SO₄+Al₂O₃·H₂O↓

    ②某些物質的溶解度（S）如下表所示。

（1）從濾渣1中分離出Al₂O₃的部分流程如下圖所示，括號表示加入的試劑，方框表示所得到的物質。

    則步驟I中反應的離子方程式是                            ，步驟Ⅱ應通入一種氣體試劑為       ，步驟II反應完之后需要的操作是           。

（2）已知濾渣2的主要成分有Mg（OH）₂和CaCO₃。向濾液l中加入石灰乳的作用是（用離子方程式表示）                。

（3）向濾液2中加入飽和Na₂CO₃溶液，過濾后，用“熱水洗滌”的原因是           。

（4）工業(yè)上，將Li₂CO₃粗產品制備成高純Li₂CO₃的部分工藝如下：

    a．將Li₂CO₃溶于鹽酸作電解槽的陽極液，LiOH溶液作陰極液，兩者用離子選擇透過膜隔開，用惰性電極電解。

    b．電解后向LiOH溶液中加入過量NH₄HCO₃溶液，過濾、烘干得高純Li₂CO₃。

    ①a中，陽極的電極反應式是                。

    ②b中，生成Li₂CO₃反應的化學方程式是           。

 

Answer 1

（1）Al₂O₃+6H⁺ = 2Al³⁺+3H₂O（2分） NH₃ （2分） 過濾（2分）

（2）Ca(OH)₂+ 2H⁺ = Ca²⁺ + 2H₂O（1.5分） Ca(OH)₂(s) + Mg²⁺Mg(OH)₂(s) +Ca²⁺（1.5分）

（3） Li₂CO₃的溶解度隨溫度升高而減小，熱水洗滌可減少Li₂CO₃的損失（2分）

（4）① 2Cl^－―2e^－＝Cl₂↑（2分）② 2LiOH+2NH₄HCO₃＝Li₂CO₃↓+(NH₄)₂CO₃+2H₂O（2分）

解析:本題考查元素化合物的性質及化學與技術有關知識。（1）用酸將Al₂O₃溶液解，再通入氨氣轉化為 Al(OH)₃沉淀，過濾后灼燒得到Al₂O₃，步驟I中反應的離子方程式是Al₂O₃ +6H⁺ = 2Al³⁺+3H₂O，通入的氣體物質是NH₃，步驟II反應完之后需要的操作是過濾。（2）向濾液l中加入石灰乳的作用是調節(jié)溶液的pH值并將Mg²⁺轉化為難溶的Mg(OH)₂沉淀，反應的離子方程式為Ca(OH)₂ + 2H⁺ = Ca²⁺+ 2H₂O， Ca(OH)₂(s) + Mg²⁺Mg(OH)₂(s) +Ca²⁺。（3）從表中數據可知，Li₂CO₃的溶解度隨溫度升高而減小，故用熱水洗滌能減少Li₂CO₃的損失，保證更高的產率。（4）①Li₂CO₃溶于鹽酸，得到LiCl溶液，電解時，陽極Cl^-失電子被子氧化，電極反應式為2Cl^－―2e^－＝Cl₂↑，Li⁺通過半透膜進入陰極區(qū)，得到LiOH溶液。②電解后得到LiOH溶液，加入NH₄HCO₃，將LiOH轉化為Li₂CO₃，反應的化學方程式是2LiOH+2NH₄HCO₃＝Li₂CO₃↓+(NH₄)₂CO₃+2H₂O。