5.鋰元素被譽為“能源元素”.鋰及鋰鹽具有的優(yōu)異性能和特殊功能,在化工、電子、宇航、核能、能源等領(lǐng)域都得到廣泛應(yīng)用.
Ⅰ鋰的原子結(jié)構(gòu)示意圖為;鋰暴露在濕空氣中時,會迅速地失去金屬光澤、表面開始變黑,更長時間則變成白色.生成的化合物是氮化鋰、氫氧化鋰,最終生成碳酸鋰.寫出生成氮化鋰的化學(xué)方程式6Li+N2=2Li3N.
Ⅱ下面是從鋰輝石(Li2O•Al2O3•SiO2)中提出鋰的工業(yè)流程示意圖.

①高溫煅燒時的反應(yīng)原理為:
Li2O•Al2O3•SiO2+K2SO4=K2O•Al2O3•SiO2+Li2SO4
Li2O•Al2O3•SiO2+Na2SO4=Na2O•Al2O3•SiO2+Li2SO4
②鋰離子浸取液中含有的金屬離子為:K+、Na+、Li+、Fe3+、Fe2+、Al3+、Mn2+
③幾種金屬離子沉淀完全的pH
金屬離子Al(OH)3Fe(OH)2Fe(OH)3Mn(OH)2
沉淀完全的pH4.79.03.210.1
④Li2SO4、Li2CO3在不同溫度下的溶解度(g/100g水)
溫度
溶解度
10℃20℃50℃80℃
Li2SO435.434.733.131.7
Li2CO31.431.331.080.85
(1)浸取時使用冷水的原因是Li2SO4的溶解度隨溫度升高而減少,用冷水浸取可以提高浸取率.
(2)濾渣2的主要成分為Al(OH)3、Fe(OH)3
(3)流程中分2次調(diào)節(jié)pH(pH7~8和pH>13),有研究者嘗試只加一次濃NaOH溶液使pH>13,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在加飽和碳酸鈉溶液沉鋰后,隨著放置時間延長,白色沉淀增加,最后得到的Li2CO3產(chǎn)品中雜質(zhì)增多.Li2CO3產(chǎn)品中的雜質(zhì)可能是Al(OH)3,用離子方程式表示其產(chǎn)生的原因Al3++4OH-=AlO2-+2H2O;2AlO2-+CO2+3H2O=2Al(OH)3↓+CO32-
(4)加熱濃縮的作用是提高Li+ 濃度和溶液溫度,使得Li2CO3容易析出.
(5)洗滌Li2CO3晶體使用熱水.

分析 I.鋰的原子核外有2個電子層,各層電子數(shù)為2、1;Li與氮氣反應(yīng)生成Li3N;
Ⅱ.鋰輝石(Li2O•Al2O3•4SiO2)煅燒后,冷卻、研磨,有利于冷水的浸取,抽濾,得到濾渣為硅酸鹽,結(jié)合鋰離子浸取液中含有的金屬離子、離子沉淀完全pH,可知加熱NaOH濃溶液,調(diào)節(jié)溶液pH=7~8,Al3+、Fe3+轉(zhuǎn)化為Al(OH)3、Fe(OH)3,抽濾后再加入NaOH濃溶液,調(diào)節(jié)溶液pH>13,應(yīng)是將Mn2+轉(zhuǎn)化為沉淀,抽濾后,加熱濃縮,加入飽和碳酸鈉溶液,由于Li2CO3的溶解度遠(yuǎn)小于Li2SO4,會析出Li2CO3,由于Li2CO3的溶解度隨溫度升高而減小,用熱水洗滌可減少Li2CO3的損失,得到最終產(chǎn)物碳酸鋰.
(1)Li2SO4的溶解度隨溫度升高而減少;
(2)濾渣2為氫氧化鋁、氫氧化鐵;
(3)只加一次濃NaOH溶液使pH>13,會使溶液中Al3+轉(zhuǎn)化為AlO2-,放置后,空氣中二氧化碳與AlO2-、水反應(yīng)生成Al(OH)3;
(4)Li2CO3的溶解度隨溫度升高而減小,加熱濃縮,提高Li+ 濃度和溶液溫度,利用析出Li2CO3;
(5)Li2CO3的溶解度隨溫度升高而減小,應(yīng)用熱水洗滌.

解答 解:I.鋰的原子核外有2個電子層,各層電子數(shù)為2、1,原子結(jié)構(gòu)示意圖為:,Li與氮氣反應(yīng)生成Li3N,反應(yīng)方程式為:6Li+N2=2Li3N,
故答案為:;6Li+N2=2Li3N;
Ⅱ.鋰輝石(Li2O•Al2O3•4SiO2)煅燒后,冷卻、研磨,有利于冷水的浸取,抽濾,得到濾渣為硅酸鹽,結(jié)合鋰離子浸取液中含有的金屬離子、離子沉淀完全pH,可知加熱NaOH濃溶液,調(diào)節(jié)溶液pH=7~8,Al3+、Fe3+轉(zhuǎn)化為Al(OH)3、Fe(OH)3,抽濾后再加入NaOH濃溶液,調(diào)節(jié)溶液pH>13,應(yīng)是將Mn2+轉(zhuǎn)化為沉淀,抽濾后,加熱濃縮,加入飽和碳酸鈉溶液,由于Li2CO3的溶解度遠(yuǎn)小于Li2SO4,會析出Li2CO3,由于Li2CO3的溶解度隨溫度升高而減小,用熱水洗滌可減少Li2CO3的損失,得到最終產(chǎn)物碳酸鋰.
(1)Li2SO4的溶解度隨溫度升高而減少,用冷水浸取可以提高浸取率,故用冷水浸取,
故答案為:Li2SO4的溶解度隨溫度升高而減少,用冷水浸取可以提高浸取率;
(2)由上述分析可知,濾渣2為Al(OH)3、Fe(OH)3
故答案為:Al(OH)3、Fe(OH)3;
(3)只加一次濃NaOH溶液使pH>13,會使溶液中Al3+轉(zhuǎn)化為AlO2-,放置后,空氣中二氧化碳與AlO2-、水反應(yīng)生成Al(OH)3,Li2CO3產(chǎn)品中的雜質(zhì)可能是Al(OH)3,相應(yīng)的離子方程式為:Al3++4OH-=AlO2-+2H2O、2AlO2-+CO2+3H2O=2Al(OH)3↓+CO32-,
故答案為:Al(OH)3;Al3++4OH-=AlO2-+2H2O;2AlO2-+CO2+3H2O=2Al(OH)3↓+CO32-;
(4)Li2CO3的溶解度隨溫度升高而減小,加熱濃縮,提高Li+ 濃度和溶液溫度,使得Li2CO3容易析出,
故答案為:提高Li+ 濃度和溶液溫度,使得Li2CO3容易析出;
(5)Li2CO3的溶解度隨溫度升高而減小,用熱水洗滌可以減少碳酸鋰的損耗,
故答案為:熱水.

點評 本題考查物質(zhì)制備實驗方案、物質(zhì)的分離提純、對操作及條件控制的分析評價、對數(shù)據(jù)的分析運用等,是對學(xué)生綜合能力的考查,難度中等.

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

1.下列物質(zhì)含有離子鍵的是( 。
A.H2B.COC.NH3D.NaCl

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:填空題

16.氮可以形成多種離子,如N3-,NH2-,N3-,NH4+,N2H5+,N2H62+等,已知N2H5+與N2H62+是由中性分子結(jié)合質(zhì)子形成的,類似于NH4+,因此有類似于 NH4+的性質(zhì).
(1)寫出N2H62+與NaOH溶液反應(yīng)的離子方程式N2H62++2OH-=N2H4+2H2O.
(2)NH2-的電子式為
(3)N3-有22個電子.
(4)寫出N3-等電子體物質(zhì)的化學(xué)式CO2.(一種)
(5)互為等電子體的微粒往往具有相似的結(jié)構(gòu),試預(yù)測N3-的構(gòu)型直線型.

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

13.大氣中PM2.5、NOx、SO2、CO2、CH4等含量是衡量空氣質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標(biāo),對其研究和綜合治理具有重要意義.
(1)將PM2.5樣本用蒸餾水處理制成待測試樣.測得該試樣所含水溶性無機離子的化學(xué)組分及其平均濃度如下表:
離子K+Na+NH${\;}_{4}^{+}$SO${\;}_{4}^{2-}$NO3Cl-
濃度/mol•L-l4×10-66×10-62×10-54×10-53×10-52×10-5
根據(jù)表中數(shù)據(jù)計算PM2.5試樣的pH=4.
(2)NOx是汽車尾氣的主要污染物之一.
①汽車發(fā)動機工作時會引發(fā)N2和O2反應(yīng),其能量變化示意圖如圖:

則N2(g)和O2(g)反應(yīng)生成NO(g)的熱化學(xué)反應(yīng)方程式為N2(g)+O2(g)=2NO(g)△H=+184kJ•mol-1
②用堿液吸收氮的氧化物是目前研究的課題,將NO、NO2通入石灰乳中可制備重要的工業(yè)原料Ca(NO22.該工藝需控制NO和NO2物質(zhì)的量之比接近1:1.若n(NO2):n(NO)>1:1,則會導(dǎo)致產(chǎn)品Ca(NO22中Ca(NO32含量升高;若n(NO2):n(NO)<1:1,則會導(dǎo)致排放氣體中NO含量升高.
(3)燃煤煙氣中的CO、SO2在鋁礬土作催化劑、773K條件下反應(yīng)生成CO2和硫蒸氣,該反應(yīng)可用于從煙道氣中回收硫.反應(yīng)體系中各組分的物質(zhì)的量與反應(yīng)時間的關(guān)系如圖2所示,寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式4CO+2SO2=4CO2+S2
(4)科學(xué)家用氮化鎵材料與銅組裝如圖3所示的人工光合系統(tǒng).利用該裝置成功地實現(xiàn)了以CO2和H2O合成CH4.寫出銅電極表面的電極反應(yīng)式CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O.
(5)天然氣也可重整生產(chǎn)化工原料.最近科學(xué)家們利用天然氣無氧催化重整獲得芳香烴X.由質(zhì)譜分析得X的相對分子質(zhì)量為106,其核磁共振氫譜如圖4,則X的結(jié)構(gòu)簡式為

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

20.工業(yè)上用鋁土礦(主要成分為Al2O3含有Fe2O3、SiO2等雜質(zhì) )制取無水氯化鋁的一種工藝流程示意如下:

已知:
物質(zhì)SiCl4AlCl3  FeCl3FeCl2 NaCl 
沸點/℃57.6180(升華)300(升華) 1023801 
回答下列問題:
(1)高溫反應(yīng)前,常在800℃焙燒鋁土礦,使固體中水分揮發(fā)、氣孔數(shù)目增多,其作用是防止后續(xù)步驟生成的AlCl3水解或增大反應(yīng)物的接觸面積,加快反應(yīng)速率(只要求寫出一種)
(2)高溫反應(yīng)后,鋁土礦中的氧化物均轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的氯化物,由Al2O3、C和Cl2反應(yīng)生成AlCl3的化學(xué)方程式為Al2O3+3C+3Cl2$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2AlCl3+3CO.
(3)氣體Ⅱ的主要成分除了Cl2外,還含有CO2、O2、SiCl4.氣體Ⅱ常用過量冷的NaOH溶液吸收,吸收液中含有的陰離子主要有CO32-、HCO3-、Cl-、ClO-、SiO32-、OH-
(4)工業(yè)上為了降低生產(chǎn)成本,生產(chǎn)過程中需要控制加入鋁粉的量,“廢渣”的主要成分是NaCl、FeCl2
(5)AlCl3和NaCl的熔融鹽常用于鍍鋁電解池,電鍍時AlCl4-和Al2Cl7-兩種離子在電極上相互轉(zhuǎn)化,其它離子不參與電極反應(yīng),電鍍時陰極的電極反應(yīng)式為4Al2Cl7-+3e-=7AlCl4-+Al.

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

10.吸食毒品會造成死亡,青少年都要拒絕毒品,珍愛生命,嗎啡和海洛因都是嚴(yán)格查禁的毒品,海洛因分子式為C21H23NO5.海洛因是嗎啡的二乙酸酯,則嗎啡的分子式是( 。
A.C17H19NO3B.C17H21NO4C.C17H25NO3D.C25H27NO7

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

17.化學(xué)與生產(chǎn)、生活密切相關(guān),下來說法和解釋均正確的是( 。
選項說法解釋
A加熱條件下,濃硝酸與碳粉的反應(yīng)可在鐵制容器中進(jìn)行鐵能被濃硝酸鈍化
B 濃氨水可用于檢驗氯氣管道泄露 過量的NH3與Cl2反應(yīng)有白煙產(chǎn)生
C 用惰性電極電解MgCl2溶液可冶煉Mg Mg2+在陰極得電子生成Mg
D 葡萄糖和油脂均為人體所需能量的重要來源 二者在體內(nèi)水解的產(chǎn)物被氧化可提供能量
A.AB.BC.CD.D

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

14.安全氣囊是行車安全的重要設(shè)施.當(dāng)車輛發(fā)生碰撞的瞬間,安全裝置通電點火使其中的粉末分解釋放出大量的氮氣形成氣囊,從而保護(hù)司機及乘客.為研究安全氣囊工作的化學(xué)原理,取安全裝置中的粉末進(jìn)行研究.經(jīng)實驗分析,確定該粉末是一種混合物且只含Na、Fe、N、0四種元素.
(1)鐵元素在元素周期表中的位置是第四周期、第Ⅷ族,Na原子結(jié)構(gòu)示意圖為,其中三種主族元素的離子半徑從大到小的順序是N3->O2->Na+ (用離子符號表示)
(2)水溶性實驗表明,安全氣囊中固體粉末部分溶解.不溶物為一種紅棕色固體,可溶于鹽酸.已知該不溶物能發(fā)生鋁熱反應(yīng),寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式2Al+Fe2O3$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al2O3+2Fe.
(3)氮的最高價氧化物對應(yīng)的水化物與其氫化物反應(yīng)生成一種鹽,該鹽晶體中含有的化學(xué)鍵類型是離子鍵、共價鍵
(4)有一種液態(tài)氮氫化合物,分子中氮與氫兩種元素的質(zhì)量比為7:1,是“神舟七號”飛船發(fā)射時使用的高能燃料之一,結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)該分子結(jié)構(gòu)中只有單鍵,與氨相似,則其的結(jié)構(gòu)式為
已知8g液態(tài)液態(tài)氮氫化合物與液態(tài)雙氧水恰好完全反應(yīng),產(chǎn)生兩種無毒又不污染環(huán)境的氣態(tài)物質(zhì),放出375kJ的熱量,寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式N2H4(l)+2H2O2(l)═N2(g)+4H2O(g)△H=-1500kJ/mol.

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

15.下列變化過程中,沒有化學(xué)鍵被破壞的是( 。
A.氯化氫氣體溶于水B.冰的融化
C.食鹽溶于水D.氫氣和氯氣生成氯化氫

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同步練習(xí)冊答案