题目内容
【题目】工业上以锂辉石为原料生产碳酸锂的部分工业流程如图所示：
已知：
①锂辉石的主要成分为Li2O·Al2O3·4SiO2，其中含少量Ca、Mg元素。
②Li2O·Al2O3·4SiO2+H2SO4(浓)
Li2SO4+Al2O3·4SiO2·H2O。
③某些物质的溶解度(S)如下表所示：
回答下列问题：
（1）从滤渣1中分离出Al2O3的流程如下所示：
写出生成沉淀的离子方程式：___。
（2）已知滤渣2的主要成分有Mg(OH)2和CaCO3。向滤液1中加入石灰乳的作用是___(运用化学平衡原理简述)。
（3）最后一个步骤中，用“热水洗涤”的理由是___。
（4）工业上，将Li2CO3粗品制备成高纯Li2CO3的部分工艺如下：
a.将Li2CO3溶于盐酸作电解槽的阳极液，LiOH溶液作阴极液，两者用离子选择性透过膜隔开，用惰性电极电解。
b.电解后向LiOH溶液中加入少量NH4HCO3溶液并共热，过滤、烘干得高纯Li2CO3。
①a中电解时所用的是___(填“阳离子交换膜”或“阴离子交换膜”)。
②电解后，LiOH溶液浓度增大的原因是___。
b中生成Li2CO3反应的化学方程式是___。
（5）磷酸亚铁锂电池总反应为FePO4+Li
LiFePO4，电池中的固体电解质可传导Li+，写出该电池放电时的正极反应：___。
【答案】Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH4＋ Ca(OH)2 
Ca2++2OH-，Mg2+与OH-结合生成Ksp很小的Mg(OH)2沉淀，导致平衡右移，生成Mg(OH)2沉淀 Li2CO3的溶解度随温度升高而减小 阳离子交换膜 阴极氢离子放电，锂离子向阴极移动 2LiOH+NH4HCO3
Li2CO3↓ +2H2O+NH3↑ FePO4＋Li+＋e-===LiFePO4
【解析】
由工业流程图可知，锂辉石经过研磨、加热、酸化得到可溶性的硫酸锂、硫酸铝和不溶的二氧化硅，过滤得到滤液1和含有二氧化硅的滤渣1，向滤液1中加入石灰乳调节pH值后，再加入碳酸钠溶液，以增加溶液中Ca2+、OH-的浓度，使Mg（OH）2、CaCO3更利于析出，以便形成滤渣2，向滤液2中加入饱和碳酸钠溶液，反应生成碳酸锂沉淀，过滤、热水洗涤的原因是Li2CO3的溶解度随温度升高而减小，可减少Li2CO3的损失，得到最终产物碳酸锂，据此分析解答。
(1)据已知信息①可知滤渣1中含有氧化铝和二氧化硅，氧化铝是两性氧化物，而二氧化硅是酸性氧化物，因此首先用盐酸溶解滤渣1，过滤后得到二氧化硅和氯化铝的溶液。向滤液中通入足量的氨气即可生成氢氧化铝，灼烧氢氧化铝即可得到氧化铝，生成沉淀的离子方程式为Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH4＋，故答案为：Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH4＋；
(2)石灰乳中存在氢氧化钙的溶解平衡Ca(OH)2 Ca2++2OH-，Mg2+与OH-结合生成Ksp很小的Mg(OH)2沉淀，导致平衡右移，生成Mg(OH)2沉淀，而钙离子与碳酸根结合生成碳酸钙沉淀，故答案为：Ca(OH)2 Ca2++2OH-，Mg2+与OH-结合生成Ksp很小的Mg(OH)2沉淀，导致平衡右移，生成Mg(OH)2沉淀；
(3)根据表中数据可判断Li2CO3的溶解度随温度升高而减小，因此最后一个步骤中，用“热水洗涤”可以减少固体溶解而造成的损失，故答案为：Li2CO3的溶解度随温度升高而减小；
(4)①电解池中阳极失去电子发生氧化反应，阴极氢离子放电，产生氢氧根离子，而锂离子向阴极移动，故a中电解时所用的是阳离子交换膜，故答案为：阳离子交换膜；
②阴极得到电子，则溶液中的氢离子放电，由于阴极氢离子放电，产生氢氧根离子，而锂离子向阴极移动，所以电解后，LiOH溶液浓度增大。根据原子守恒可判断LiOH溶液中加入少量NH4HCO3溶液并共热，除得到高纯Li2CO3外还有氨气和水生成，反应的化学方程式为2LiOH+NH4HCO3Li2CO3↓+2H2O+NH3↑，故答案为：阴极氢离子放电，锂离子向阴极移动；2LiOH+NH4HCO3Li2CO3↓+2H2O+NH3↑；
(5)根据原电池的工作原理，正极上发生还原反应，得到电子，因此FePO4在正极上发生反应，即正极反应式为FePO4＋Li＋＋e－===LiFePO4，故答案为：FePO4＋Li+＋e-===LiFePO4。
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