Question

5．碳酸锂（相对分子质量74）广泛应用于化工、冶金、陶瓷、医药、制冷、焊接、锂合金等行业．制备流程如图：

已知：碳酸锂的溶解度为（g/L）

温度/℃	0	10	20	30	40	50	60	80	100
Li2CO3	1.54	1.43	1.33	1.25	1.17	1.08	1.01	0.85	0.72

（1）锂辉石（Li₂Al₂Si₄O_x）可以用氧化物的形式表示其组成，形式为Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂
（2）硫酸化焙烧工业反应温度控制在250-300℃，主要原因是温度低于250℃，反应速率较慢，温度高于300℃，硫酸挥发较多；同时，硫 酸用量为理论耗酸量的115%左右，硫酸如果加入过多则ABC（填入选项代号）．
A．增加酸耗量      B．增加后续杂质的处理量         C．增加后续中和酸的负担
（3）水浸时，需要在搅拌下加入石灰石粉末的主要作用是除去多余的硫酸，同时调整pH，除去大部分杂质．
（4）“沉锂”的化学反应方程式为Na₂CO₃+Li₂SO₄=Li₂CO₃↓+Na₂SO₄
（5）“沉锂”需要在95℃以上进行，主要原因是温度越高，碳酸锂溶解度降低，可以增加产率．过滤碳酸锂所得母液 中主要含有硫酸钠，还可能含有碳酸钠和碳酸锂．

Answer 1

分析 由制备流程可知，锂辉石加硫酸，浸取焙烧，氧化铝、氧化锂溶解，二氧化硅不反应，水浸时加入碳酸钙，除去为反应的硫酸，同时调节溶液pH值，可以将Al³⁺转化为Al（OH）₃沉淀，过滤除去不溶物，滤液再进行深度净化后主要为Li₂SO₄、Na₂SO₄，最后加入Na₂CO₃，转化为溶解度更小Li₂CO₃析出．
（1）将各元素写成氧化物，注意各元素原子数目比例不变；
（2）升高温度，反应速率加快，温度高于300℃时硫酸挥发；硫酸如果加入过多，消耗的酸多，后续中还需要除去过量的硫酸；
（3）加入碳酸钙除去未反应的硫酸，同时调节溶液pH值；
（4）“沉锂”过程是碳酸钠与Li₂SO₄反应生成Li₂CO₃；
（5）温度越高，碳酸锂溶解度降低，减少碳酸锂溶解；溶液中硫酸钠不反应，使用的碳酸钠要过量，少量碳酸锂溶解在溶液中．

解答 解：锂辉石加硫酸，浸取焙烧，氧化铝、氧化锂溶解，二氧化硅不反应，水浸时加入碳酸钙，除去为反应的硫酸，同时调节溶液pH值，可以将Al³⁺转化为Al（OH）₃沉淀，过滤除去不溶物，滤液再进行深度净化后主要为Li₂SO₄、Na₂SO₄，最后加入Na₂CO₃，转化为溶解度更小Li₂CO₃析出．
（1）锂辉石（Li₂Al₂Si₄O_x）可以用氧化物的形式表示，根据化合价代数和为0，可以确定Li₂Al₂Si₄O_x中x=$\frac{1×2+3×2+4×4}{2}$=12，所以该化合物用氧化物的形式表示为Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂，
故答案为：Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂；
（2）温度低于250℃，反应速率较慢，温度高于300℃，硫酸挥发较多，反应温度控制在250-300℃，反应速率较快，避免硫酸挥发；
硫酸如果加入过多，消耗的酸多，后续中还需要除去过量的硫酸，增加后续杂质的处理量、增加后续中和酸的负担，
故答案为：温度低于250℃，反应速率较慢，温度高于300℃，硫酸挥发较多；ABC；
（3）加入碳酸钙除去未反应的硫酸，同时调节溶液pH值，除去大部分杂质，
故答案为：除去多余的硫酸，同时调整pH，除去大部分杂质；
（4）“沉锂”过程是碳酸钠与Li₂SO₄反应生成Li₂CO₃，反应方程式为：Na₂CO₃+Li₂SO₄=Li₂CO₃↓+Na₂SO₄，
故答案为：Na₂CO₃+Li₂SO₄=Li₂CO₃↓+Na₂SO₄；
（5）温度越高，碳酸锂溶解度降低，减少碳酸锂溶解，可以增加产率；溶液中硫酸钠不反应，使用的碳酸钠要过量，少量碳酸锂溶解在溶液中，过滤碳酸锂所得母液中主要含有硫酸钠，还可能含有碳酸钠、碳酸锂，
故答案为：温度越高，碳酸锂溶解度降低，可以增加产率；碳酸钠；碳酸锂．

点评 本题考查物质的制备实验，为高频考点，把握制备实验流程、物质分离提纯实验操作、对操作与原理的分析评价等为解答的关键，是对学生综合能力的考查，注意对工艺流程的理解，题目难度较大．