Question

碳酸锂广泛应用于陶瓷和医药等领域．已知β?锂辉石（主要成分为Li₂O?Al₂O₃?4SiO₂）为原材料制备Li₂CO₃的工艺流程如图：

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；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⁺、Na⁺等杂质，需在搅拌下加入

 

（填“石灰石”、“氯化钙”或“稀硫酸”）以调节溶液的pH到6.0～6.5，沉淀部分杂质离子，然后分离得到浸出液．
（1）步骤Ⅰ前，β锂辉石要粉碎成细颗粒的目的是

 

（2）加入

 

（填“石灰石”、“氯化钙”或“稀硫酸”）以调节溶液的pH到6.0～6.5，
（3）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，可除去的杂质金属离子有

 

．
（4）步骤Ⅲ中，生成沉淀的离子方程式为

 

．
（5）从母液中可回收的主要物Li₂SO₄、LiOH和Li₂CO₃在303K下的溶解度分别为34.2g、12.7g和1.3g．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验设计题

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；
（1）从反应速率的角度来分析；
（2）抓住题目中的“酸性溶液”，“调节溶液的pH到6.0～6.5”，从所给试剂中选择符合条件的药品；
（3）H₂O₂是强氧化剂，可把Fe²⁺氧化成Fe³⁺，石灰乳和碳酸钠都是沉淀剂，使溶液中的Fe²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺；
（4）步骤Ⅲ加入饱和Na₂CO₃溶液后，主要使Li⁺转化为Li₂CO₃沉淀．

解答： 解：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；
（1）固体颗粒越小，化学反应速率越快，同时可使锂元素尽可能多地溶解到酸中，
故答案为：增大固液接触面积，加快浸出反应速率，提高浸出率；
（2）所给三种物质中，只有CaCO₃能够降低溶液的酸度，提高溶液的pH到6.0～6.5，可除去Fe³⁺、Al³⁺，
故答案为：石灰石；
（3）步骤Ⅱ中加入H₂O₂溶液，可将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，然后加入石灰乳可除去其中的Fe³⁺和Mg²⁺，再加入Na₂CO₃溶液可除去Ca²⁺．此时溶液中的离子主要有Li⁺、Na⁺、SO₄^2-，
故答案为：Fe²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺；
（4）步骤Ⅲ加入饱和Na₂CO₃溶液后，主要使Li⁺转化为Li₂CO₃沉淀，反应的离子方程式为：2Li⁺+CO₃^2-=Li₂CO₃↓；
故答案为：2Li⁺+CO₃^2-=Li₂CO₃↓．

点评：本题以制备Li₂CO₃的工艺流程为知识背景，考查了影响速率的因素、除杂质、离子方程式等，题目难度中等，侧重于考查学生对题中信息的分析和利用能力．