Question

16．磷酸亚铁锂LiFePO₄是一种新型汽车锂离子电池的电极材料．某化工厂以铁红、锂辉石LiAl（SiO₃）₂（含少量Ca²⁺、Mg²⁺的盐）、碳粉等原料来生产磷酸亚铁锂．其主要工艺流程如图：

已知：2LiAl（SiO₃）₂+H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;250～300℃\;}}{\;}$Li₂SO₄+Al₂O₃•4SiO₂•H₂O↓

温度/℃	20	40	60	80
溶解度（Li2CO3）/g	1.33	1.17	1.01	0.85
溶解度（Li2SO4）/g	34.2	32.8	31.9	30.7

（1）从滤渣Ⅰ中可分离出Al₂O₃，如下图所示．请写出生成沉淀的离子方程式Al³⁺+3NH₃•H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺．

（2）滤渣Ⅱ的主要成分是：Mg（OH）₂、CaCO₃（填化学式）．
（3）向滤液Ⅱ中加入饱和Na₂CO₃溶液，过滤后，用“热水洗涤”的原因是Li₂CO₃的溶解度随温度升高而减小，热水洗涤可减少Li₂CO₃的损失．
（4）写出在高温下生成磷酸亚铁锂的化学方程式2FePO₄+Li₂CO₃+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2LiFePO₄+3CO↑．

Answer 1

分析 锂辉石中加入硫酸后，依据已知：2LiAl（SiO₃）₂+H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;250～300℃\;}}{\;}$Li₂SO₄+Al₂O₃•4SiO₂•H₂O↓，Al₂O₃•4SiO₂•H₂O沉淀出来，即滤渣I，Li⁺、Mg²⁺、Ca²⁺进入滤液I，滤渣I中加入氢氧化钠溶解，得到铝离子，然后加入过量试剂a，即氨水，氢氧化铝沉淀出来，然后灼烧得到氧化铝，据此解答即可．

解答 解：锂辉石中加入硫酸后，依据已知：2LiAl（SiO₃）₂+H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;250～300℃\;}}{\;}$Li₂SO₄+Al₂O₃•4SiO₂•H₂O↓，Al₂O₃•4SiO₂•H₂O沉淀出来，即滤渣I，Li⁺、Mg²⁺、Ca²⁺进入滤液I，滤渣I中加入氢氧化钠溶解，得到铝离子，然后加入过量试剂a，即氨水，氢氧化铝沉淀出来，然后灼烧得到氧化铝，
（1）步骤Ⅱ中铝离子与氨水反应生成氢氧化铝沉淀，离子反应方程式为：Al³⁺+3NH₃•H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺，故答案为：Al³⁺+3NH₃•H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺；
（2）滤液I中存在Ca²⁺、Mg²⁺离子，经过调解pH值后，Ca²⁺、Mg²⁺沉淀分别得到氢氧化镁和碳酸钙，故答案为：Mg（OH）₂、CaCO₃；
（3）向滤液II中加入饱和Na₂CO₃溶液，过滤后，用“热水洗涤”，图表中碳酸锂溶解度随温度升高减小，减少沉淀的损失，故答案为：Li₂CO₃的溶解度随温度升高而减小，热水洗涤可减少Li₂CO₃的损失；
（4）依据图示可知反应物为FePO₄、Li₂CO₃和C，产物为：CO和LiFePO₄，此反应为氧化还原反应，Fe、和C元素化合价变化，依据氧化还原反应原理配平化学反应方程式为：2FePO₄+Li₂CO₃+2C  $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2LiFePO₄+3CO↑，故答案为：2FePO₄+Li₂CO₃+2C $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2LiFePO₄+3CO↑．

点评 本题考查了物质生产流程的分析判断，流程分析，为高频考点，侧重于学生分析能力，有利于培养学生良好的科学素养，注意把握物质性质的应用，题目侧重铝及其化合物性质的应用，氧化铝的提取方法，题目难度中等．