Question

19．工业上以锂辉石（Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂，含少量Ca，Mg元素）为原料生产碳酸锂．其部分工业流程如图：

已知：①Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂+H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;250～300℃\;}}{\;}$Li₂SO₄+Al₂O₃•4SiO₂•H₂O
②某些物质的溶解度（S）如表所示．

T/℃	20	40	60	80
S（Li2CO3）/g	1.33	1.17	1.01	0.85
S（Li2SO4）/g	34.2	32.8	31.9	30.7

（1）从滤渣1中分离出Al₂O₃部分的流程如图2所示，括号表示加入的试剂，方框表示所得的物质．则步骤Ⅱ中反应的离子方程式是Al³⁺+3NH₃•H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺

请写出Al₂O₃和Na₂CO₃固体在高温下反应的化学方程式Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂．
（2）已知滤渣2的主要成分有Mg（OH）₂和CaCO₃．向滤液1中加入石灰乳的作用是（运用化学平衡原理简述）Ca（OH）₂?Ca²⁺+2OH^-，Mg²⁺与OH^-结合生成Ksp很小的Mg（OH）₂沉淀，导致平衡右移，生成Mg（OH）₂沉淀．
（3）最后一个步骤中，用“热水洗涤”的原因是减少Li₂CO₃的损失．
（4）工业上，将Li₂CO₃粗品制备成高纯Li₂CO₃的部分工艺如下：
a．将Li₂CO₃溶于盐酸作电解槽的阳极液，LiOH溶液做阴极液，两者用离子选择透过膜隔开，用惰性电极电解．
b．电解后向LiOH溶液中加入少量NH₄HCO₃溶液并共热，过滤、烘干得高纯Li₂CO₃．
①a中，阳极的电极反应式是2C1^--2e-=Cl₂↑．
②b中，生成Li₂CO₃反应的化学方程式是2LiOH+NH₄HCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Li₂CO₃+NH₃+2H₂O．

Answer 1

分析 锂辉石（Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂，含少量Ca，Mg元素）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，经过过滤，得到滤渣1二氧化硅，滤液1经过调节PH值，使溶液得到滤液2Mg（OH）₂和CaCO₃．向滤液1中加入石灰乳以增加Ca²⁺、OH^-的浓度，使Mg（OH）₂、CaCO₃更利于析出，以便形成滤渣2，热水洗涤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，
（1）步骤Ⅱ中铝离子与氨水反应生成氢氧化铝沉淀，氢氧化铝不能溶解于弱碱溶液氨水中，氧化铝和碳酸钠在高温下反应生成偏铝酸钠和二氧化碳；
（2）石灰乳是氢氧化钙，提供氢氧根离子和钙离子，更完全的沉淀镁离子和碳酸根离子；
（3）依据图表分析可知碳酸锂溶解度随 温度升高减小；
（4）①Li₂CO₃溶于盐酸作电解槽的阳极液，阳极液中离子失电子，发生氧化反应，所以阳极反应为2C1^--2e-=Cl₂↑，阴极反应为2H⁺+2e^-=H₂↑．离子选择透过膜只允许阳离子通过，电解过程中，Li⁺向阴极移动，而阴极电解后富余大量的OH^-，阳极的Li⁺通过离子选择透过膜到阴极，这样阴极就得到比较纯净的LiOH．
②电解后向LiOH溶液中加入过量NH₄HCO₃溶液，氢氧化锂与碳酸氢铵反应生成碳酸锂．

解答 解：锂辉石（Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂，含少量Ca，Mg元素）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，经过过滤，得到滤渣1二氧化硅，滤液1经过调节PH值，使溶液得到滤液2Mg（OH）₂和CaCO₃．向滤液1中加入石灰乳以增加Ca²⁺、OH^-的浓度，使Mg（OH）₂、CaCO₃更利于析出，以便形成滤渣2，热水洗涤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，
（1）铝离子生成氢氧化铝的反应，氢氧化铝不能溶解于弱碱溶液氨水中，反应离子方程式为：Al³⁺+3NH₃•H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺；
氧化铝和碳酸钠在高温下反应生成偏铝酸钠和二氧化碳，反应的化学方程式为Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂，
故答案为：Al³⁺+3NH₃•H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺；Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂；
（2）石灰乳是氢氧化钙，提供氢氧根离子和钙离子，根据反应Ca（OH）₂?Ca²⁺+2OH^-可知，Mg²⁺与OH^-结合生成Ksp很小的Mg（OH）₂沉淀，导致平衡右移，生成Mg（OH）₂沉淀，
故答案为：Ca（OH）₂?Ca²⁺+2OH^-，Mg²⁺与OH^-结合生成Ksp很小的Mg（OH）₂沉淀，导致平衡右移，生成Mg（OH）₂沉淀；
（3）向滤液2中加入饱和Na₂CO₃溶液，过滤后，用“热水洗涤”，图表中碳酸锂溶解度随温度升高减小，减少沉淀的损失，
故答案为：减少Li₂CO₃的损失；
（4）①Li₂CO₃溶于盐酸作电解槽的阳极液，阳极液中氯离子失电子，发生氧化反应，所以阳极反应为：2C1^--2e-=Cl₂↑，
故答案为：2C1^--2e-=Cl₂↑；
②电解后向LiOH溶液中加入过量NH₄HCO₃溶液，氢氧化锂与碳酸氢铵反应生成碳酸锂的方程式为：2LiOH+NH₄HCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Li₂CO₃+NH₃+2H₂O，
故答案为：2LiOH+NH₄HCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Li₂CO₃+NH₃+2H₂O．

点评 本题考查了物质生产流程的分析判断，题目难度中等，根据流程明确实验目的、实验原理为解题关键，注意掌握铝及其化合物性质的应用、氧化铝的提取方法，试题培养了学生的分析能力及化学实验能力．