Question

17．碳酸锂（相对分子质量74）广泛应用于化工、冶金等行业．工业上利用锂辉石（Li₂Al₂Si₄O_x）制备碳酸锂的流程如图：

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

请回答下列问题：
（1）锂辉（Li₂Al₂Si₄O_x）可以用氧化物的形式表示其组成，形式为Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂．
（2）硫酸化焙烧温度控制在250℃-300℃之间，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．焙烧中硫酸用量控制在理论用最的l15%左右，硫酸加入过多的副作用是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．
（3）水浸时，加入CaCO₃粉末充分反应后过滤，滤渣的主要成分除CaCO₃外还有CaSO₄、SiO₂、Al（OH）₃．
（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，主耍原因是温度越高，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，据此分析．

解答 解：（1）（1）锂辉石（Li₂Al₂Si₄O_x）可以用氧化物的形式表示，Li元素化合价+1价，铝元素+3价，氧元素-2价，硅元素+4价，根据化合价代数和为0，可以确定Li₂Al₂Si₄O_x中x=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；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；
（3）水浸时，加入CaCO₃粉末充分反应后过滤，滤渣的主要成分除CaCO₃外还有CaSO₄、SiO₂、Al（OH）₃；
故答案为：CaSO₄、SiO₂、Al（OH）₃；
（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．