Question

鋰被譽為“金屬味精”，以LiCoO₂為正極材料的鋰離子電池已被廣泛用作便攜式電源．工業(yè)上常以β-鋰輝礦（主要成分為LiAlSi₂O₆，還含有FeO、MgO、CaO等雜質(zhì)）為原料來制取金屬鋰．其中一種工藝流程如下：
已知：①部分金屬氫氧化物開始沉淀和完全沉淀時的pH：

氫氧化物	Fe（OH）3	Al（OH）3	Mg（OH）2
開始沉淀pH	2.7	3.7	9.6
完全沉淀pH	3.7	4.7	11

②Li₂CO₃在不同溫度下的溶解度如下表：

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

請回答下列問題：
（1）用氧化物形式表示LiAlSi₂O₆的組成：

 

．
（2）反應(yīng)Ⅱ加入碳酸鈣的作用是

 

．
（3）寫出反應(yīng)Ⅲ中生成沉淀A的離子方程式：

 

．
（4）反應(yīng)Ⅳ生成Li₂CO₃沉淀，寫出在實驗室中得到Li₂CO₃沉淀的操作名稱

 

，洗滌所得Li₂CO₃沉淀要使用

 

 （選填“熱水”或“冷水”），你選擇的理由是

 

．
（5）電解熔融氯化鋰生產(chǎn)鋰時，陽極產(chǎn)生的氯氣中會混有少量氧氣，原因是：

 

．

Answer 1

考點：難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì)

專題：電離平衡與溶液的pH專題

分析：（1）根據(jù)元素的化合價將Li、Al、Si寫成氧化物形式，中間用?連接即可；
（2）根據(jù)工藝流程可知，加入碳酸鈣目的是除去硫酸，調(diào)節(jié)溶液pH，除去鐵離子、鋁離子；
（3）反應(yīng)Ⅲ要除去鎂離子，加入過量氫氧化鈣后生成氫氧化鎂沉淀，然后用碳酸鈉除去過量的鈣離子雜質(zhì)，所以沉淀為氫氧化鎂、碳酸鈣，據(jù)此寫出反應(yīng)的離子方程式；
（4）分離出不溶物方法為過濾；根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，Li₂CO₃在較高溫度下溶解度小，用熱水洗滌可減少Li₂CO₃的損耗；
（5）根據(jù)蒸干LiCl溶液時，LiCl有少量水解生成LiOH，氫氧化鋰部分分解生成氧化鋰，電解時會生成氫氣．

解答： 解：（1）將硅酸鹽改為氧化物形式的方法為：依次將各元素寫成氧化物形式，中間用“?”連接，同時要注意氧化物先后順序，為Li₂O?Al₂O₃?4SiO₂，
故答案為：Li₂O?Al₂O₃?4SiO₂；
（2）由（1）改寫可知，β-鋰輝礦在加入過量濃硫酸后，只有SiO₂不溶，同時Fe²⁺被氧化為Fe³⁺，并生成CaSO₄沉淀，所以溶液中含有Fe³⁺、Al³⁺、Mg²⁺、Li⁺等離子，依據(jù)實驗?zāi)康目芍�必須除去雜質(zhì)離子，故在反應(yīng)Ⅱ中加入碳酸鈣的作用為：除去反應(yīng)Ⅰ中過量的H₂SO₄；控制pH，使Fe³⁺、Al³⁺完全沉淀，
故答案為：除去反應(yīng)Ⅰ中過量的H₂SO₄；控制pH，使Fe³⁺、Al³⁺完全沉淀；
（3）利用題干信息知反應(yīng)Ⅲ要除去Mg²⁺，但在加入沉淀劑Ca（OH）₂時會引入大量Ca²⁺，故還需加入Na₂CO₃除去Ca²⁺，即沉淀A為Mg（OH）₂沉淀與CaCO₃沉淀的混合物，反應(yīng)的離子方程式為：Mg²⁺+2OH^-═Mg（OH）₂↓、Ca²⁺+CO₃^2-═CaCO₃↓，
故答案為：Mg²⁺+2OH^-═Mg（OH）₂↓、Ca²⁺+CO₃^2-═CaCO₃↓；
（4）實驗室里分離固液混合物的操作是過濾，由題中給出Li₂CO₃的溶解度與溫度的關(guān)系，可知洗滌Li₂CO₃沉淀要使用熱水，
故答案為：過濾；熱水；Li₂CO₃在較高溫度下溶解度小，用熱水洗滌可減少Li₂CO₃的損耗；
（5）由有氧氣產(chǎn)生可逆推知可能的原因：加熱蒸干LiCl溶液時，LiCl有少量水解生成LiOH，受熱分解生成Li₂O，電解時產(chǎn)生O₂，
故答案為：加熱蒸干LiCl溶液時，LiCl有少量水解生成LiOH，受熱分解生成Li₂O，電解時產(chǎn)生O₂（其他合理答案均可）．

點評：本題考查了工業(yè)上以β-鋰輝礦制取金屬鋰的方法，題目難度中等，試題涉及了化學(xué)式的書寫、物質(zhì)的分離與提純、離子方程式的書寫等知識，合理分析題中工藝流程是解題關(guān)鍵．