Question

6．已知β锂辉矿（主要成分为LiAlSi₂O₆，还含有FeO、MgO、CaO等杂质），下面是以锂辉矿为原料来制取金属锂的一种工艺流程．

已知：①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

②Li₂CO₃在不同温度下的溶解度如下表：

温度/℃	0	10	20	50	75	100
Li2CO3的溶解度/g	1.539	1.406	1.329	1.181	0.866	0.728

请回答下列问题：
（1）为了提高β锂辉矿浸出率可采取措施有适当提高溶液的温度或粉碎锂辉矿增大接触面积或多次浸出或延长浸出时间或多次搅拌．
（2）反应Ⅰ发生主反应：2LiAlSi₂O₆+4 H₂SO₄（浓）1Li₂SO₄+Al₂（SO₄）₃+4SiO₂+4 H₂O，根据题意配平上述方程式．
（3）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．
（4）反应Ⅲ中生成沉淀A成分：Mg（OH）₂、CaCO₃．（填化学式）
（5）蒸发浓缩过程中主要发生离子反应方程式：2Li⁺+CO₃^2-=Li₂CO₃↓．
（6）洗涤所得Li₂CO₃沉淀要使用热水（选填“热水”或“冷水”），你选择的理由是Li₂CO₃在较高温度下溶解度小，用热水洗涤可减少Li₂CO₃的损耗．
（7）电解熔融氯化锂生产锂时，阳极产生的Cl₂中会混有少量O₂，用电极反应式说明原因加热蒸干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O₂，2O^2--4e^-=O₂↑．

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．
（1）升温、增大接触面积，加快搅拌，增加浸出时间等措施；
（2）LiAlSi₂O₆ 与H₂SO₄（浓）反应生成硫酸锂、硫酸铝、二氧化硅和水，结合原子守恒配平得到化学方程式；
（3）加入CaCO₃，可除去反应Ⅰ中过量的H₂SO₄，降低溶液中c（H⁺），根据pH=5，可使Fe³⁺、Al³⁺完全沉淀．
（4）反应Ⅲ要除去镁离子，加入过量氢氧化钙后生成氢氧化镁沉淀，然后用碳酸钠除去过量的钙离子杂质，所以沉淀为氢氧化镁、碳酸钙；
（5）蒸发浓缩过程中主要发生锂离子结合碳酸根离子生成碳酸锂；
（6）由于温度越高，Li₂CO₃的溶解度越小，所以应用热水洗涤Li₂CO₃．
（7）由于在加热蒸干LiCl溶液时，会产生少量的LiOH，受热分解生成Li₂O，所以电解时会产生O₂．

解答 解：（1）将硅酸盐改为氧化物形式的方法为：依次将各元素写成氧化物形式，中间用“•”连接，同时要注意氧化物先后顺序，为Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂，
故答案为：Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂；
（2）LiAlSi₂O₆ 与H₂SO₄（浓）反应生成硫酸锂、硫酸铝、二氧化硅和水，结合原子守恒配平得到化学方程式为：2LiAlSi₂O₆+4H₂SO₄（浓）=Li₂SO₄+Al₂（SO₄）₃+4SiO₂↓+4H₂O，
故答案为：2，4，1，Al₂（SO₄）₃，4SiO₂↓，4；
（3）β-锂辉矿在加入过量浓硫酸后，只有SiO₂不溶，同时Fe²⁺被氧化为Fe³⁺，并生成CaSO₄沉淀，所以溶液中含有Fe³⁺、Al³⁺、Mg²⁺、Li⁺等离子，依据实验目的可知必须除去杂质离子，故在反应Ⅱ中加入碳酸钙的作用为：可除去反应Ⅰ中过量的H₂SO₄，降低溶液中c（H⁺），根据pH=5，可使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；
（4）利用题干信息知反应Ⅲ要除去Mg²⁺，但在加入沉淀剂Ca（OH）₂时会引入大量Ca²⁺，故还需加入Na₂CO₃除去Ca²⁺，即沉淀A为Mg（OH）₂沉淀与CaCO₃沉淀的混合物，反应的离子方程式为：Mg²⁺+2OH^-═Mg（OH）₂↓、Ca²⁺+CO₃^2-═CaCO₃↓，
故答案为：Mg（OH）₂、CaCO₃；
（5）蒸发浓缩过程中主要发生锂离子结合碳酸根离子生成碳酸锂，反应的离子方程式为：2Li⁺+CO₃^2-=Li₂CO₃↓，
故答案为：2Li⁺+CO₃^2-=Li₂CO₃↓；
（6）实验室里分离固液混合物的操作是过滤，由题中给出Li₂CO₃的溶解度与温度的关系，可知洗涤Li₂CO₃沉淀要使用热水，Li₂CO₃在较高温度下溶解度小，用热水洗涤可减少Li₂CO₃的损耗，
故答案为：热水；Li₂CO₃在较高温度下溶解度小，用热水洗涤可减少Li₂CO₃的损耗；
（7）由有氧气产生可逆推知可能的原因：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 ；

点评 本题考查了工业上以β-锂辉矿制取金属锂的方法，题目难度中等，试题涉及了化学式的书写、物质的分离与提纯、离子方程式的书写等知识，合理分析题中工艺流程是解题关键．