Question

5．鋰元素被譽(yù)為“能源元素”．鋰及鋰鹽具有的優(yōu)異性能和特殊功能，在化工、電子、宇航、核能、能源等領(lǐng)域都得到廣泛應(yīng)用．
Ⅰ鋰的原子結(jié)構(gòu)示意圖為；鋰暴露在濕空氣中時(shí)，會迅速地失去金屬光澤、表面開始變黑，更長時(shí)間則變成白色．生成的化合物是氮化鋰、氫氧化鋰，最終生成碳酸鋰．寫出生成氮化鋰的化學(xué)方程式6Li+N₂=2Li₃N．
Ⅱ下面是從鋰輝石（Li₂O•Al₂O₃•SiO₂）中提出鋰的工業(yè)流程示意圖．

①高溫煅燒時(shí)的反應(yīng)原理為：
Li₂O•Al₂O₃•SiO₂+K₂SO₄=K₂O•Al₂O₃•SiO₂+Li₂SO₄
Li₂O•Al₂O₃•SiO₂+Na₂SO₄=Na₂O•Al₂O₃•SiO₂+Li₂SO₄
②鋰離子浸取液中含有的金屬離子為：K⁺、Na⁺、Li⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Al³⁺、Mn²⁺．
③幾種金屬離子沉淀完全的pH

金屬離子	Al（OH）3	Fe（OH）2	Fe（OH）3	Mn（OH）2
沉淀完全的pH	4.7	9.0	3.2	10.1

④Li₂SO₄、Li₂CO₃在不同溫度下的溶解度（g/100g水）

溫度 溶解度	10℃	20℃	50℃	80℃
Li2SO4	35.4	34.7	33.1	31.7
Li2CO3	1.43	1.33	1.08	0.85

（1）浸取時(shí)使用冷水的原因是Li₂SO₄的溶解度隨溫度升高而減少，用冷水浸取可以提高浸取率．
（2）濾渣2的主要成分為Al（OH）₃、Fe（OH）₃．
（3）流程中分2次調(diào)節(jié)pH（pH7～8和pH＞13），有研究者嘗試只加一次濃NaOH溶液使pH＞13，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在加飽和碳酸鈉溶液沉鋰后，隨著放置時(shí)間延長，白色沉淀增加，最后得到的Li₂CO₃產(chǎn)品中雜質(zhì)增多．Li₂CO₃產(chǎn)品中的雜質(zhì)可能是Al（OH）₃，用離子方程式表示其產(chǎn)生的原因Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O；2AlO₂^-+CO₂+3H₂O=2Al（OH）₃↓+CO₃^2-．
（4）加熱濃縮的作用是提高Li⁺ 濃度和溶液溫度，使得Li₂CO₃容易析出．
（5）洗滌Li₂CO₃晶體使用熱水．

Answer 1

分析 I．鋰的原子核外有2個電子層，各層電子數(shù)為2、1；Li與氮?dú)夥磻?yīng)生成Li₃N；
Ⅱ．鋰輝石（Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂）煅燒后，冷卻、研磨，有利于冷水的浸取，抽濾，得到濾渣為硅酸鹽，結(jié)合鋰離子浸取液中含有的金屬離子、離子沉淀完全pH，可知加熱NaOH濃溶液，調(diào)節(jié)溶液pH=7～8，Al³⁺、Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Al（OH）₃、Fe（OH）₃，抽濾后再加入NaOH濃溶液，調(diào)節(jié)溶液pH＞13，應(yīng)是將Mn²⁺轉(zhuǎn)化為沉淀，抽濾后，加熱濃縮，加入飽和碳酸鈉溶液，由于Li₂CO₃的溶解度遠(yuǎn)小于Li₂SO₄，會析出Li₂CO₃，由于Li₂CO₃的溶解度隨溫度升高而減小，用熱水洗滌可減少Li₂CO₃的損失，得到最終產(chǎn)物碳酸鋰．
（1）Li₂SO₄的溶解度隨溫度升高而減少；
（2）濾渣2為氫氧化鋁、氫氧化鐵；
（3）只加一次濃NaOH溶液使pH＞13，會使溶液中Al³⁺轉(zhuǎn)化為AlO₂^-，放置后，空氣中二氧化碳與AlO₂^-、水反應(yīng)生成Al（OH）₃；
（4）Li₂CO₃的溶解度隨溫度升高而減小，加熱濃縮，提高Li⁺ 濃度和溶液溫度，利用析出Li₂CO₃；
（5）Li₂CO₃的溶解度隨溫度升高而減小，應(yīng)用熱水洗滌．

解答 解：I．鋰的原子核外有2個電子層，各層電子數(shù)為2、1，原子結(jié)構(gòu)示意圖為：，Li與氮?dú)夥磻?yīng)生成Li₃N，反應(yīng)方程式為：6Li+N₂=2Li₃N，
故答案為：；6Li+N₂=2Li₃N；
Ⅱ．鋰輝石（Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂）煅燒后，冷卻、研磨，有利于冷水的浸取，抽濾，得到濾渣為硅酸鹽，結(jié)合鋰離子浸取液中含有的金屬離子、離子沉淀完全pH，可知加熱NaOH濃溶液，調(diào)節(jié)溶液pH=7～8，Al³⁺、Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Al（OH）₃、Fe（OH）₃，抽濾后再加入NaOH濃溶液，調(diào)節(jié)溶液pH＞13，應(yīng)是將Mn²⁺轉(zhuǎn)化為沉淀，抽濾后，加熱濃縮，加入飽和碳酸鈉溶液，由于Li₂CO₃的溶解度遠(yuǎn)小于Li₂SO₄，會析出Li₂CO₃，由于Li₂CO₃的溶解度隨溫度升高而減小，用熱水洗滌可減少Li₂CO₃的損失，得到最終產(chǎn)物碳酸鋰．
（1）Li₂SO₄的溶解度隨溫度升高而減少，用冷水浸取可以提高浸取率，故用冷水浸取，
故答案為：Li₂SO₄的溶解度隨溫度升高而減少，用冷水浸取可以提高浸取率；
（2）由上述分析可知，濾渣2為Al（OH）₃、Fe（OH）₃，
故答案為：Al（OH）₃、Fe（OH）₃；
（3）只加一次濃NaOH溶液使pH＞13，會使溶液中Al³⁺轉(zhuǎn)化為AlO₂^-，放置后，空氣中二氧化碳與AlO₂^-、水反應(yīng)生成Al（OH）₃，Li₂CO₃產(chǎn)品中的雜質(zhì)可能是Al（OH）₃，相應(yīng)的離子方程式為：Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O、2AlO₂^-+CO₂+3H₂O=2Al（OH）₃↓+CO₃^2-，
故答案為：Al（OH）₃；Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O；2AlO₂^-+CO₂+3H₂O=2Al（OH）₃↓+CO₃^2-；
（4）Li₂CO₃的溶解度隨溫度升高而減小，加熱濃縮，提高Li⁺ 濃度和溶液溫度，使得Li₂CO₃容易析出，
故答案為：提高Li⁺ 濃度和溶液溫度，使得Li₂CO₃容易析出；
（5）Li₂CO₃的溶解度隨溫度升高而減小，用熱水洗滌可以減少碳酸鋰的損耗，
故答案為：熱水．

點(diǎn)評 本題考查物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)方案、物質(zhì)的分離提純、對操作及條件控制的分析評價(jià)、對數(shù)據(jù)的分析運(yùn)用等，是對學(xué)生綜合能力的考查，難度中等．