Question

鋰被譽(yù)為“金屬味精”，以LiCoO₂為正極材料的鋰離子電池已被廣泛用作便攜式電源。工業(yè)上常以β­鋰輝礦(主要成分為L(zhǎng)iAlSi₂O₆，還含有FeO、MgO、CaO等雜質(zhì))為原料來(lái)制取金屬鋰。其中一種工藝流程如下：

已知：部分金屬氫氧化物開始沉淀和完全沉淀時(shí)的pH：

氫氧化物	Fe(OH)3	Al(OH)3	Mg(OH)2
開始沉淀pH	2.7	3.7	9.6
完全沉淀pH	3.7	4.7	11

 
請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）寫出反應(yīng)Ⅰ中有電子轉(zhuǎn)移的化學(xué)方程式_________________________；
（2）反應(yīng)Ⅱ加入碳酸鈣的作用是_______________；
（3）有同學(xué)認(rèn)為在反應(yīng)Ⅲ中只需加入碳酸鈉溶液也能達(dá)成該步驟的目的，請(qǐng)闡述你的觀點(diǎn)和理由  ____________；
（4）上述流程蒸發(fā)濃縮環(huán)節(jié)，若在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行該操作，當(dāng)蒸發(fā)濃縮至________出現(xiàn)時(shí)，就可停止該操作。
（5）Li與Mg、Be與Al、B與Si這三對(duì)元素在周期表中處于對(duì)角線位置，相應(yīng)的兩元素及其化合物的性質(zhì)有許多相似之處。這種相似性稱為對(duì)角線規(guī)則。步驟③中電解時(shí)，陽(yáng)極產(chǎn)生的氯氣中會(huì)混有少量氧氣，原因是___________。
（6）請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一種從水洗后的礦泥中分離出Al₂O₃的流程：
（流程常用的表示方式為：）

Answer 1

（1）2FeO+4H₂SO₄(濃)Fe₂(SO₄)₃+SO₂↑+4H₂O
（2）除去反應(yīng)Ⅰ中過(guò)量的H₂SO₄；控制pH，使Fe^3＋、Al^3＋完全沉淀
（3）不能，鎂離子不能完全除去。
（4）晶體膜
（5）加熱蒸干LiCl溶液時(shí)，LiCl有少量水解生成LiOH，受熱分解生成Li₂O，電解時(shí)產(chǎn)生O₂.
（6）
或

解析試題分析：
（1）濃硫酸有氧化性，F(xiàn)eO有還原性，二者在加熱時(shí)會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)。根據(jù)質(zhì)量守恒定律和電子守恒可得該反應(yīng)的方程式為：2FeO+4H₂SO₄(濃) Fe₂(SO₄)₃+SO₂↑+4H₂O。
（2）反應(yīng)Ⅱ加入碳酸鈣的作用是除去反應(yīng)Ⅰ中過(guò)量的剩余的H₂SO₄；調(diào)節(jié)溶液的pH，同時(shí)使Fe^3＋、Al^3＋完全轉(zhuǎn)化為沉淀而除去。
（3）在反應(yīng)Ⅲ中只需加入碳酸鈉溶液，因?yàn)槠鋲A性是鹽水解產(chǎn)生的，堿性不如NaOH強(qiáng)，而且MgCO₃的溶解度比Mg(OH)₂大，不能很好的把Mg²⁺沉淀出去。因此不能達(dá)成該步驟的目的。
（4）加熱蒸發(fā)時(shí)，只要看到大量固體析出或者僅余少量液體時(shí)，停止加熱，利用余熱把固體蒸干。
（5）步驟③中電解時(shí)，陽(yáng)極產(chǎn)生的氯氣中會(huì)混有少量氧氣，是因?yàn)樵诩訜嵴舾蒐iCl溶液時(shí)，LiCl有少量發(fā)生水解反應(yīng)產(chǎn)生了LiOH混在LiCl中。LiOH受熱分解生成Li₂O，電解時(shí)產(chǎn)生了O₂。
（6）水洗后的礦泥中含有Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂.可以先加鹽酸把Fe₂O₃、Al₂O₃溶解變?yōu)镕eCl₃、AlCl₃，除去難溶的SiO₂.然后向溶液中加入過(guò)量的NaOH溶液，發(fā)生反應(yīng)：FeCl₃+3NaOH=Fe(OH)₃↓+3NaCl。AlCl₃+4NaOH=NaAlO₂+3NaCl+2H₂O。把Fe(OH)₃沉淀過(guò)濾除去，然后向?yàn)V液中通入過(guò)量的CO₂氣體，發(fā)生反應(yīng)NaAlO₂+ CO₂+2H₂O= Al(OH)₃↓+NaHCO₃.把Al(OH)₃沉淀過(guò)濾出來(lái)洗滌干凈，然后灼燒既得Al₂O₃。另一種方法是把礦泥用NaOH溶液處理，可以得到NaAlO₂和Na₂SiO₃溶液，而Fe₂O₃不溶，過(guò)濾除去。然后向?yàn)V液中加入過(guò)量的鹽酸發(fā)生反應(yīng)NaAlO₂+4HCl= AlCl₃+NaCl+2H₂O。Na₂SiO₃+2HCl=H₂SiO₃↓+2NaCl。把硅酸沉淀過(guò)濾除去，再向?yàn)V液中通入過(guò)量的氨氣，發(fā)生反應(yīng)AlCl₃+3NH₃+3H₂O= Al(OH)₃↓+3NH₄Cl。再把Al(OH)₃沉淀過(guò)濾出來(lái)洗滌干凈，然后灼燒既得Al₂O₃。
考點(diǎn)：考查以β­鋰輝礦為原料來(lái)制取金屬鋰的反應(yīng)原理及從礦泥中分離出Al₂O₃的方法的知識(shí)。