Question

15．工業上以β-鋰輝石（主要成分為Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂）為原材料制備Li₂CO₃的工藝流程如下：

已知：Fe³⁺、Al³⁺、Fe²⁺和Mg²⁺以氫氧化物形式完全沉淀時，溶液的pH分別為3.2、5.2、9.7和12.4；Li₂SO₄、LiOH和Li₂CO₃在303K下的溶解度分別為34.2g、12.7g和1.3g．
（1）步驟Ⅰ中，酸浸后得到的酸性溶液中含有Li⁺、SO₄^2-，另含有Al³⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺等雜質，需在攪拌下加入石灰石以調節溶液的PH到6.0～6.5，過濾，能除去的部分雜質離子是Fe³⁺、Al³⁺，然后分離得到浸出液．
（2）步驟Ⅱ中，將適量的H₂O₂溶液、石灰乳和Na₂CO₃溶液依次加入浸出液中，可除去Fe²⁺等雜質金屬離子，用H₂O₂將Fe²⁺除去的離子反應方程式Fe²⁺+2H⁺+2H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O；步驟Ⅱ所得濾渣主要成分的化學式是Fe（OH）₃、CaCO₃、Mg（OH）₂．
（3）Na₂SO₄•10H₂O是工業生產的一種重要化工原料．步驟Ⅲ所得母液溶質主要是Na₂SO₄和少量NaOH．可以向母液中加入適量的硫酸（或稀硫酸、濃硫酸），再通過蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌，得到Na₂SO₄•10H₂O晶體．

Answer 1

分析 已知β-鋰輝石（主要成分為Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂）為原材料制備Li₂CO₃的工藝流程：Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂加硫酸，浸取，酸浸后得到的酸性溶液中含有Li⁺、SO₄^2-，另含有Al³⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Na⁺等雜質，在在攪拌下加入石灰石調節pH，使Al³⁺、Fe³⁺轉化為氫氧化物沉淀，過濾，再將適量的H₂O₂溶液、石灰乳和Na₂CO₃溶液依次加入浸出液中，Fe²⁺被氧化為Fe³⁺，然后轉化為氫氧化鐵沉淀，鎂離子轉化為氫氧化鎂沉淀，鈣離子轉化為碳酸鈣沉淀，過濾的硫酸鋰溶液，再加飽和碳酸鈉溶液得到碳酸鋰沉淀，過濾得到碳酸鋰，以此解答該題．

解答 解：（1）結合題干所給信息可知，調節溶液的pH到6.0～6.5時，Fe³⁺、Al³⁺已完全沉淀，對應生成的產物為Fe（OH）₃、Al（OH）₃，故答案為：Fe³⁺、Al³⁺；
（2）H₂O₂在酸性條件下可以將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，再調節pH將Fe³⁺轉化為Fe（OH）₃沉淀而除去．所以，離子反應式為Fe²⁺+2H⁺+2H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O；通過加入H₂O₂溶液、石灰乳和Na₂CO₃溶液，剩余的Ca²⁺轉化為CaCO₃，而雜質Mg²⁺則轉化為比微溶物MgCO₃更難溶解的Mg（OH）₂．所以，步驟Ⅱ所得濾渣主要成分是Fe（OH）₃、CaCO₃、Mg（OH）₂，
故答案為：Fe²⁺+2H⁺+2H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O；Fe（OH）₃、CaCO₃、Mg（OH）₂；
（3）將NaOH雜質轉化為Na₂SO₄，可以向母液中加入適量的H₂SO₄；而為了得到帶結晶水的Na₂SO₄，可以將溶液蒸發濃縮，冷卻結晶，
故答案為：硫酸（或稀硫酸、濃硫酸）；蒸發濃縮；冷卻結晶．

點評 本題考查了物質分離提純實驗操作，為高考常見題型，考查考生運用金屬元素的有關知識分析解決問題的能力，涉及離子共存、離子方程式、氧化還原反應、物質的鑒別與分離等，題目難度中等，以實驗探究的形式考查元素化合物的性質將成為以后高考命題的新亮點．