Question

【題目】2019年10月9日，瑞典皇家科學院在斯德哥爾摩宣布，將2019年諾貝爾化學獎頒發(fā)給來自美國、英國、日本的三位科學家，表彰他們在鋰離子電池方面的研究貢獻。高度評價他們“創(chuàng)造了一個可充電的世界”。鋰離子電池與傳統(tǒng)電池相比，充電更快，功率密度更高，使用時間更長，在手機和筆記本電腦等便攜式電子產品上廣泛應用。工業(yè)上常以鋰輝礦(主要成分為 LiAlSi2O6，還含有FeO、MgO、CaO等雜質)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：

②Li2CO3的溶解度隨溫度變化如圖所示：

試回答下列問題：

（1）酸浸時，為了提高浸取率可采取升高溫度、粉碎礦石、攪拌、過濾后再次浸取等措施還可通過_______來提高浸取率。

（2）反應I中應調節(jié)pH范圍為_______，沉淀A的成分除H2SiO3、CaCO3、Al(OH)3外，還有___________。

（3）反應Ⅱ的離子方程式為_________________。

（4）“操作I＂的名稱為______；洗滌Li2CO3沉淀要使用_______ (選填“熱水”或“冷水”)，理由是___________________________________________________。

Answer 1

【答案】延長浸取時間（或：增大酸的濃度） 4.7~9.6（或4.7≤ pH < 9.6） Fe(OH)3、CaSO4 Mg2＋＋Ca(OH)2＝Ca2+＋Mg(OH)2↓ (或：Mg2＋＋2OH－＝Mg(OH)2↓) CO32-＋Ca(OH)2＝CaCO3↓＋2OH－(或：Ca2+＋CO32-= CaCO3↓) 過濾 熱水 碳酸鋰的溶解度隨溫度升高而降低，熱水洗滌可以減少碳酸鋰的溶解損失

【解析】

鋰輝礦(主要成分為 LiAlSi2O6，還含有FeO、MgO、CaO等雜質)為原料來制取金屬鋰，加入過量硫酸溶解鋰輝礦，再加入碳酸鈣調節(jié)溶液的pH，加入雙氧水將溶液里的亞鐵離子氧化為鐵離子，使鐵離子和鋁離子沉淀完全，過濾除去沉淀，然后加入氫氧化鈣和碳酸鈉除去溶液中的鈣離子和鎂離子，過濾得到的溶液中主要是鋰離子的水溶液，蒸發(fā)濃縮，加入飽和的碳酸鈉溶液沉淀鋰離子生成碳酸鋰，洗滌后加入鹽酸溶解得到氯化鋰溶液，加熱蒸干得到氯化鋰，電解氯化鋰得到金屬鋰。根據以上分析解答此題。

(1)增大酸的濃度、升高溫度、增大固體表面積、攪拌或延長浸取時間可以提高浸取率，所以為了提高浸取率可采取升高溫度、粉碎礦石、攪拌、過濾后再次浸取等措施還可通過延長浸取時間或增大酸的濃度來提高浸取率；

答案為：延長浸取時間（或：增大酸的濃度）。

(2)反應Ⅰ中調節(jié)pH的目的是除去Fe3+、Al3+，由表中數據可知調節(jié)pH范圍為4.7~9.6（或4.7≤pH<9.6），硫酸鈣微溶于水，所以沉淀A的成分除H2SiO3、CaCO3、Al(OH)3外，還有Fe(OH)3、CaSO4 ；

答案為：4.7~9.6（或4.7≤pH<9.6）；Fe(OH)3、CaSO4。

(3)反應Ⅱ調節(jié)pH=11，目的是除去Mg2+和Ca2+，根據加入的試劑，主要離子方程式為：Mg2++Ca(OH)2= Ca2++ Mg(OH)2↓(或：Mg2++2OH-=Mg(OH)2↓)、CO32-+ Ca(OH)2=CaCO3↓+2OH-(或：CO32-+ Ca2+=CaCO3↓)；

答案為：Mg2++Ca(OH)2= Ca2++ Mg(OH)2↓(或：Mg2++2OH-=Mg(OH)2↓)、CO32-+ Ca(OH)2=CaCO3↓+2OH-(或：CO32-+ Ca2+=CaCO3↓)。

(4)“操作Ⅰ”目的是分離出固體碳酸鋰，所以“操作Ⅰ”是過濾；由圖可知碳酸鋰的溶解度隨溫度升高而降低，熱水洗滌可以減少碳酸鋰的溶解損失，所以洗滌碳酸鋰沉淀要用熱水；

答案為：過濾；熱水 ；碳酸鋰的溶解度隨溫度升高而降低，熱水洗滌可以減少碳酸鋰的溶解損失。