Question

15．工业上以β-锂辉石（主要成分为Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂）为原材料制备Li₂CO₃的工艺流程如下：

已知：Fe³⁺、Al³⁺、Fe²⁺和Mg²⁺以氢氧化物形式完全沉淀时，溶液的pH分别为3.2、5.2、9.7和12.4；Li₂SO₄、LiOH和Li₂CO₃在303K下的溶解度分别为34.2g、12.7g和1.3g．
（1）步骤Ⅰ中，酸浸后得到的酸性溶液中含有Li⁺、SO₄^2-，另含有Al³⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺等杂质，需在搅拌下加入石灰石以调节溶液的PH到6.0～6.5，过滤，能除去的部分杂质离子是Fe³⁺、Al³⁺，然后分离得到浸出液．
（2）步骤Ⅱ中，将适量的H₂O₂溶液、石灰乳和Na₂CO₃溶液依次加入浸出液中，可除去Fe²⁺等杂质金属离子，用H₂O₂将Fe²⁺除去的离子反应方程式Fe²⁺+2H⁺+2H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O；步骤Ⅱ所得滤渣主要成分的化学式是Fe（OH）₃、CaCO₃、Mg（OH）₂．
（3）Na₂SO₄•10H₂O是工业生产的一种重要化工原料．步骤Ⅲ所得母液溶质主要是Na₂SO₄和少量NaOH．可以向母液中加入适量的硫酸（或稀硫酸、浓硫酸），再通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤，得到Na₂SO₄•10H₂O晶体．

Answer 1

分析 已知β-锂辉石（主要成分为Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂）为原材料制备Li₂CO₃的工艺流程：Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂加硫酸，浸取，酸浸后得到的酸性溶液中含有Li⁺、SO₄^2-，另含有Al³⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Na⁺等杂质，在在搅拌下加入石灰石调节pH，使Al³⁺、Fe³⁺转化为氢氧化物沉淀，过滤，再将适量的H₂O₂溶液、石灰乳和Na₂CO₃溶液依次加入浸出液中，Fe²⁺被氧化为Fe³⁺，然后转化为氢氧化铁沉淀，镁离子转化为氢氧化镁沉淀，钙离子转化为碳酸钙沉淀，过滤的硫酸锂溶液，再加饱和碳酸钠溶液得到碳酸锂沉淀，过滤得到碳酸锂，以此解答该题．

解答 解：（1）结合题干所给信息可知，调节溶液的pH到6.0～6.5时，Fe³⁺、Al³⁺已完全沉淀，对应生成的产物为Fe（OH）₃、Al（OH）₃，故答案为：Fe³⁺、Al³⁺；
（2）H₂O₂在酸性条件下可以将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，再调节pH将Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀而除去．所以，离子反应式为Fe²⁺+2H⁺+2H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O；通过加入H₂O₂溶液、石灰乳和Na₂CO₃溶液，剩余的Ca²⁺转化为CaCO₃，而杂质Mg²⁺则转化为比微溶物MgCO₃更难溶解的Mg（OH）₂．所以，步骤Ⅱ所得滤渣主要成分是Fe（OH）₃、CaCO₃、Mg（OH）₂，
故答案为：Fe²⁺+2H⁺+2H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O；Fe（OH）₃、CaCO₃、Mg（OH）₂；
（3）将NaOH杂质转化为Na₂SO₄，可以向母液中加入适量的H₂SO₄；而为了得到带结晶水的Na₂SO₄，可以将溶液蒸发浓缩，冷却结晶，
故答案为：硫酸（或稀硫酸、浓硫酸）；蒸发浓缩；冷却结晶．

点评 本题考查了物质分离提纯实验操作，为高考常见题型，考查考生运用金属元素的有关知识分析解决问题的能力，涉及离子共存、离子方程式、氧化还原反应、物质的鉴别与分离等，题目难度中等，以实验探究的形式考查元素化合物的性质将成为以后高考命题的新亮点．