Question

3．锂被誉为“金属味精”，以LiCoO₂为正极材料的锂离子电池已被广泛用作便携式电源．工业上常以β锂辉矿（主要成分为LiAlSi₂O₆，还含有FeO、MgO、CaO等杂质）为原料来制取金属锂．其中一种工艺流程如下：
已知：部分金属氢氧化物开始沉淀和完全沉淀时的pH：

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

请回答下列问题：
（1）写出反应Ⅰ中有电子转移的化学方程式2FeO+4H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+SO₂↑+H₂O；
（2）反应Ⅱ加入碳酸钙的作用是除去反应Ⅰ中过量的H₂SO₄，控制pH，使Fe³⁺、Al³⁺完全沉淀；
（3）有同学认为在反应Ⅲ中只需加入碳酸钠溶液也能达成该步骤的目的，请阐述你的观点和理由不能，离子不能完全除去；
（4）上述流程蒸发浓缩环节，若在实验室进行该操作，当蒸发浓缩至晶体膜出现时，就可停止该操作．
（5）Li与Mg、Be与Al、B与Si这三对元素在周期表中处于对角线位置，相应的两元素及其化合物的性质有许多相似之处．这种相似性称为对角线规则．步骤③中电解时，阳极产生的氯气中会混有少量氧气，原因是加热蒸干LiCl溶液时，LiCl有少量水解生成LiOH，受热分解生成Li₂O，电解时产生O₂．
（6）请设计一种从水洗后的矿泥中分离出Al₂O₃的流程：矿泥$→_{过滤}^{足量NaOH}$滤液$\stackrel{足量二氧化碳}{→}$氢氧化铝$\stackrel{△}{→}$Al₂O₃（流程常用的表示方式为：A$→_{实验操作}^{反应试剂}$B…$→_{实验操作}^{反应试剂}$目标产物）．

Answer 1

分析 β-锂辉矿（主要成分为LiAlSi₂O₆，还含有FeO、MgO、CaO等杂质）为原料来制取金属锂，加入过量浓硫酸溶解β-锂辉矿，加入碳酸钙除去过量的硫酸调节溶液pH=5，使铁离子和铝离子沉淀完全，加入水洗过滤洗去矿泥，然后加入氢氧化钙和碳酸钠沉淀镁离子和钙离子，过滤得到溶液中主要是锂离子的溶液，蒸发浓缩，加入碳酸钠沉淀锂离子生成碳酸锂，洗涤后加入盐酸溶解得到纯净的氯化锂溶液，加热蒸干得到氯化锂，电解熔融氯化锂得到金属锂，以此来解答．

解答 解：β-锂辉矿（主要成分为LiAlSi₂O₆，还含有FeO、MgO、CaO等杂质）为原料来制取金属锂，加入过量浓硫酸溶解β-锂辉矿，加入碳酸钙除去过量的硫酸调节溶液PH=5，使铁离子和铝离子沉淀完全，加入水洗过滤洗去矿泥，然后加入氢氧化钙和碳酸钠沉淀镁离子和钙离子，过滤得到溶液中主要是锂离子的溶液，蒸发浓缩，加入碳酸钠沉淀锂离子生成碳酸锂，洗涤后加入盐酸溶解得到纯净的氯化锂溶液，加热蒸干得到氯化锂，电解熔融氯化锂得到金属锂，
（1）I中有电子转移的化学方程式为2FeO+4H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+SO₂↑+H₂O，故答案为：2FeO+4H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+SO₂↑+H₂O；
（2）反应Ⅱ加入碳酸钙的作用是除去反应Ⅰ中过量的H₂SO₄，控制pH，使Fe³⁺、Al³⁺完全沉淀，故答案为：除去反应Ⅰ中过量的H₂SO₄，控制pH，使Fe³⁺、Al³⁺完全沉淀；
（3）反应Ⅲ中只需加入碳酸钠溶液不能达成该步骤的目的，是因镁离子不能完全除去，故答案为：不能，离子不能完全除去；
（4）蒸发当蒸发浓缩至晶体膜出现时，就可停止该操作，利用余热加热，故答案为：晶体膜；
（5）步骤③中电解时，阳极产生的氯气中会混有少量氧气，原因是加热蒸干LiCl溶液时，LiCl有少量水解生成LiOH，受热分解生成Li₂O，电解时产生O₂，
故答案为：加热蒸干LiCl溶液时，LiCl有少量水解生成LiOH，受热分解生成Li₂O，电解时产生O₂；
（6）从水洗后的矿泥中分离出Al₂O₃的流程为矿泥$→_{过滤}^{足量NaOH}$滤液$\stackrel{足量二氧化碳}{→}$氢氧化铝$\stackrel{△}{→}$Al₂O₃，
故答案为：矿泥$→_{过滤}^{足量NaOH}$滤液$\stackrel{足量二氧化碳}{→}$氢氧化铝$\stackrel{△}{→}$Al₂O₃．

点评 本题考查物质制备实验实验的设计，为高频考点，把握流程中的反应及混合物分离提纯方法为解答的关键，侧重分析与实验能力的考查，题目难度中等．