Question

19．碳酸锂是重要的锂化合物，是制备其它高纯锂化合物的重要原料．我国锂资源储量非常丰富，其中卤水锂资源约占其中的79%，由盐湖卤水（主要含有：LiCl、MgCl₂、Na₂B₄O₇等） 制备碳酸锂，其工艺流程如下：

己知：
I、盐卤中的硼元素以Na₂B₄O₇形式存在，硼酸（H₃BO₃）常温时在水中溶解度不大 
Ⅱ、LiOH易溶于水
Ⅲ、

物质	MgCO3	Li2CO3	Mg（OH）2
Ksp	6.82×10-6	8.2×10-4	5.6×10-12

（1）写出①过程的离子方程式B₄O₇^2-+2H⁺+5H₂O=4H₃BO₃↓．
（2）②过程中的操作名称是萃取反应，在所得有机层中加入0.25mol/LNaOH溶液可以再生有机质和磷酸三丁酯，但不能加浓NaOH溶液，其原因是避免氢氧化钠溶液浓度过大使磷酸三丁酯水解．
（3）③过程结束后，溶液中C（Li⁺）=5mol/L，若此过程中不产生Li₂CO₃沉淀，则此时溶液中镁离子的物质的量浓度不小于0.21mol/L．
（4）滤渣一，滤渣二的主要成分分别是MgCO₃、Mg（OH）₂．
（5）如何检验第⑤步中Li⁺是否沉淀完全取少量上层清液于试管中，继续加入碳酸钠溶液若无沉淀出现，则沉淀完全．
（6）髙纯度的碳酸锂可以用于制备锂离子电池的正极材料．如LiCoO₂可以采用下面方法制备：将Li₂CO₃与CoCO₃按1：1的比例混合，再在空气中灼烧即可，试写出该反应的化学方程式2Li₂CO₃+4CoCO₃+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4LiCoO₂+6CO₂．
一种钻酸锂电池的工作原理如下：Li_xC₆+Li_1-xCoO₂=LiCoO₂+C₆，该电池在充电时负极上发生的电极反应为xLi⁺+xe^-+C₆=Li_xC₆．

Answer 1

分析 浓缩卤水加入盐酸使大部分的B元素转化为硼酸（H₃BO₃）沉淀，再利用有机物和和磷酸三丁酯进行二次脱硼，萃取含有的B元素，通过分液分离出有机层，水层中加入碳酸钠进行除镁，滤渣一为碳酸镁，过滤后加入氢氧化钠溶液进行二次除镁，滤渣二为氢氧化镁，过滤后的滤液中加入碳酸钠溶液得到Li₂CO₃沉淀，过滤分离，母液中含有氯化钠等．
（1）过程①是Na₂B₄O₇与盐酸反应生成H₃BO₃沉淀；
（2）②是利用机物和和磷酸三丁酯萃取含有的B元素，再通过分液分离；磷酸三丁酯在浓氢氧化钠溶液中会发生酯的水解反应；
（3）根据Li₂CO₃的溶度积计算c（CO₃^2-），再结合MgCO₃的溶度积计算c（Mg²⁺）；
（4）滤渣一为碳酸镁，滤渣二为氢氧化镁；
（5）向上层清液中继续加入碳酸钠溶液，若无沉淀出现，说明沉淀完全；
（6）将Li₂CO₃与CoCO₃按1：1的比例混合，再在空气中灼烧可得LiCoO₂，Co元素化合物升高，发生氧化反应，有氧气参加反应，反应还生成二氧化碳；
一种钻酸锂电池的工作原理如下：Li_xC₆+Li_1-xCoO₂=LiCoO₂+C₆，该电池在充电时负极上发生还原反应，C₆获得电子生成Li_xC₆．

解答 解：浓缩卤水加入盐酸使大部分的B元素转化为硼酸（H₃BO₃）沉淀，再利用有机物和和磷酸三丁酯进行二次脱硼，萃取含有的B元素，通过分液分离出有机层，水层中加入碳酸钠进行除镁，滤渣一为碳酸镁，过滤后加入氢氧化钠溶液进行二次除镁，滤渣二为氢氧化镁，过滤后的滤液中加入碳酸钠溶液得到Li₂CO₃沉淀，过滤分离，母液中含有氯化钠等．
（1）过程①是Na₂B₄O₇与盐酸反应生成H₃BO₃沉淀，离子方程式为：B₄O₇^2-+2H⁺+5H₂O=4H₃BO₃↓，
故答案为：B₄O₇^2-+2H⁺+5H₂O=4H₃BO₃↓；
（2）②是利用机物和和磷酸三丁酯萃取含有的B元素，再通过分液分离，②过程中的操作名称是：萃取反应，磷酸三丁酯在浓氢氧化钠溶液中会发生酯的水解反应，
故答案为：萃取分液；避免氢氧化钠溶液浓度过大使磷酸三丁酯水解；
（3）溶液中c（Li⁺）=5mol/L，则此时溶液中c（CO₃^2-）=$\frac{Ksp（L{i}_{2}C{O}_{3}）}{{c}^{2}（L{i}^{+}）}$=$\frac{8.2×1{0}^{-4}}{{5}^{2}}$mol/L=3.28×10^-5mol/L，结合MgCO₃的溶度积，可知溶液c（Mg²⁺）=$\frac{6.82×1{0}^{-6}}{3.28×1{0}^{-5}}$mol/L=0.21mol/L，
故答案为：0.21mol/L；
（4）滤渣一，滤渣二的主要成分分别是 MgCO₃、Mg（OH）₂，
故答案为：MgCO₃、Mg（OH）₂；
（5）检验第⑤步中Li⁺是否沉淀完全方法：取少量上层清液于试管中，继续加入碳酸钠溶液若无沉淀出现，则沉淀完全，
故答案为：取少量上层清液于试管中，继续加入碳酸钠溶液若无沉淀出现，则沉淀完全；
（6）将Li₂CO₃与CoCO₃按1：1的比例混合，再在空气中灼烧可得LiCoO₂，Co元素化合物升高，发生氧化反应，有氧气参加反应，反应还生成二氧化碳，反应方程式为：2Li₂CO₃+4CoCO₃+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4LiCoO₂+6CO₂，
一种钻酸锂电池的工作原理如下：Li_xC₆+Li_1-xCoO₂=LiCoO₂+C₆，该电池在充电时负极上发生还原反应，C₆获得电子生成Li_xC₆，电极反应式为：xLi⁺+xe^-+C₆=Li_xC₆，
故答案为：2Li₂CO₃+4CoCO₃+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4LiCoO₂+6CO₂；xLi⁺+xe^-+C₆=Li_xC₆．

点评 本题是物质制备工艺流程题目，涉及物质分离提纯实验操作、对操作与原理的分析评价、溶度积有关计算、陌生方程式书写、电化学原理与电极反应式书写等，是对学生综合能力的考查，关键是对工艺流程的理解．