Question

11．粗碳酸锂（含有Na⁺、K⁺、Ca²⁺等杂质离子）制备高纯碳酸锂的工艺流程如图1：

碳酸锂溶解度与温度的关系见下表：

温度/℃	0	20	40	60	80	100
溶解度/g	1.54	1.33	1.17	1.01	0.85	0.72

（1）浆料酸化时，温度不宜超过25℃的主要原因是温度越高，碳酸锂、二氧化碳溶解度都越小，减小了反应速率．判断酸化过程已经结束的明显现象为浆料变成澄清溶液．
（2）已知Ksp[Ca₃（PO₄）₂]=2.0×10^-29，为使溶液中c（Ca²⁺）≤2×10^-5mol•L^-1，c（PO₄^3- ）的范围
为c（PO₄^3- ）≥5×10^-8mol•L^-1．
（3）蒸发时主要反应的离子方程式为2Li⁺+2HCO₃^-=Li₂CO₃↓+CO₂↑+H₂O．母液循环次数对纯度、产率的影响如图2所示，循环不宜超过3次的主要原因是循环次数增多，溶液中钠离子、钾离子的浓度会增大，会降低产品的纯度．
（4）为了获得高纯Li₂CO₃，过滤Ⅱ后的操作为将碳酸锂用热水洗涤2～3次、干燥．

Answer 1

分析 粗碳酸锂（含有Na⁺、K⁺、Ca²⁺等杂质离子）制备高纯Li₂CO₃的工艺流程：粗碳酸锂溶于水再通入二氧化碳生成碳酸氢盐，再加入磷酸锂生成磷酸钙沉淀，过滤而除去钙，对滤液进行蒸发使碳酸氢锂分解生成沉淀Li₂CO₃，过滤后滤液中含有部分锂离子及钾离子、钠离子等，循环使用，滤渣为碳酸锂，洗涤、干燥后可得纯碳酸锂，
（1）根据碳酸锂在水的溶解度可知，温度越高，碳酸锂溶解度越小，二氧化碳气体在水的溶解度也减小，不利于生成碳酸氢锂，酸化过程中碳酸锂难溶于水，而碳酸氢锂易溶于水，据此判断；
（2）根据Ksp[Ca₃（PO₄）₂]=c³（Ca²⁺）c²（PO₄^3- ）   可计算出c（PO₄^3- ）的范围；
（3）蒸发时碳酸氢锂生成碳酸锂，母液循环次数增多，溶液中钠离子、钾离子的浓度会增大，据此分析；
（4）为了获得高纯Li₂CO₃，过滤Ⅱ后要将碳酸锂洗涤、干燥．

解答 解：粗碳酸锂（含有Na⁺、K⁺、Ca²⁺等杂质离子）制备高纯Li₂CO₃的工艺流程：粗碳酸锂溶于水再通入二氧化碳生成碳酸氢盐，再加入磷酸锂生成磷酸钙沉淀，过滤而除去钙，对滤液进行蒸发使碳酸氢锂分解生成沉淀Li₂CO₃，过滤后滤液中含有部分锂离子及钾离子、钠离子等，循环使用，滤渣为碳酸锂，洗涤、干燥后可得纯碳酸锂，
（1）根据碳酸锂在水的溶解度可知，温度越高，碳酸锂溶解度越小，二氧化碳气体在水的溶解度也减小，减小了反应速率，不利于生成碳酸氢锂，酸化过程中碳酸锂难溶于水，而碳酸氢锂易溶于水，所以判断酸化过程已经结束的明显现象为浆料变成澄清溶液，
故答案为：温度越高，碳酸锂、二氧化碳溶解度都越小，减小了反应速率；浆料变成澄清溶液；
（2）c（Ca²⁺）≤2×10^-5mol•L^-1，根据Ksp[Ca₃（PO₄）₂]=c³（Ca²⁺）c²（PO₄^3- ）   可知，c（PO₄^3- ）≥$\sqrt{\frac{Ksp[Ca{\;}_{3}（PO{\;}_{4}）{\;}_{2}]}{c{\;}^{3（}Ca{\;}^{2+}）}}$=$\sqrt{\frac{2.0×10{\;}^{-29}}{（2×10{\;}^{-5}）^{3}}}$=5×10^-8mol•L^-1，
故答案为：c（PO₄^3- ）≥5×10^-8mol•L^-1；
（3）蒸发时碳酸氢锂生成碳酸锂，反应的离子方程式为2Li⁺+2HCO₃^-=Li₂CO₃↓+CO₂↑+H₂O，母液循环次数增多，溶液中钠离子、钾离子的浓度会增大，会降低产品的纯度，
故答案为：2Li⁺+2HCO₃^-=Li₂CO₃↓+CO₂↑+H₂O；循环次数增多，溶液中钠离子、钾离子的浓度会增大，会降低产品的纯度；
（4）为了获得高纯Li₂CO₃，过滤Ⅱ后要将碳酸锂用热水洗涤2～3次、干燥，
故答案为：将碳酸锂用热水洗涤2～3次、干燥．

点评 本题以制备高纯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．