Question

7．工業上以鋰輝石（Li₂O•A1₂O₃•4SiO₂，含少量Ca、Mg元素）為原料生產碳酸鋰．其部分工藝流程如下：

已知：①Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂+H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;250℃-300℃\;}}{\;}$Li₂SO₄+Al₂O₃•4SiO₂•H₂O↓
②某些物質的溶解度（S）如表所示．

T/℃	20	40	60	80
S（Li2CO3）/g	1.33	1.17	1.01	0.85
S（Li2SO4）/g	34.2	32.8	31.9	30.7

（1）從濾渣1中分離出Al₂O₃的部分流程如圖所示，括號表示加入的試劑，方框表示所得到的物質．則步驟Ⅱ中反應的離子方程式是Al³⁺+3NH₃•H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺．

（2）已知濾渣2的主要成分有Mg（OH）₂和CaCO₃．
向濾液1中加入石灰乳的作用是（運用化學平衡移動原理解釋）增加Ca²⁺、OH^-的濃度，有利于Mg（OH）₂、CaCO₃的析出．
（3）向濾液2中加入飽和Na₂CO₃溶液，過濾后，用“熱水洗滌”的原因是Li₂CO₃的溶解度隨溫度升高而減小，熱水洗滌可減少Li₂CO₃的損失．
（4）工業上，將Li₂CO₃粗品制備成高純Li₂CO₃的部分工藝如下．
a．將Li₂CO₃溶于鹽酸作電解槽的陽極液，LiOH溶液作陰極液，兩者用離子選擇透過膜隔開，用惰性電極電解．
b．電解后向LiOH溶液中加入過量NH₄HCO₃溶液，過濾、烘干得高純Li₂CO₃．
①a中，陽極的電極反應式是2C1^--2e^-=Cl₂↑．
②b中，生成Li₂CO₃反應的化學方程式是2LiOH+NH₄HCO₃=Li₂CO₃+NH₃+2H₂O．

Answer 1

分析 根據Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂+H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;250℃-300℃\;}}{\;}$Li₂SO₄+Al₂O₃•4SiO₂•H₂O↓可知鋰輝石（Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂，含少量Ca，Mg元素）經過研磨、加熱、濃硫酸酸化得到可溶性的硫酸鋰、少量硫酸鈣、少量硫酸鎂和不溶的Al₂O₃•4SiO₂•H₂O，經過過濾，得到濾渣1：Al₂O₃•4SiO₂•H₂O，向濾液1中加入石灰乳、碳酸鈉，使Mg（OH）₂、CaCO₃更利于析出，以便形成濾渣2，過濾得到濾液2為硫酸鋰溶液，向濾液2中加入飽合碳酸鈉溶液，得到碳酸鋰，熱水洗滌Li₂CO₃，其溶解度隨溫度升高而減小，可減少Li₂CO₃的損失，得到最終產物碳酸鋰，
（1）步驟Ⅱ中鋁離子與氨水反應生成氫氧化鋁沉淀；
（2）石灰乳是氫氧化鈣，提供氫氧根離子和鈣離子，更完全的沉淀鎂離子和碳酸根離子；
（3）依據圖表分析可知碳酸鋰溶解度隨溫度升高減小；
（4）①Li₂CO₃溶于鹽酸作電解槽的陽極液，陽極液中離子失電子，發生氧化反應，所以陽極反應為2C1^--2e^-=Cl₂↑，陰極反應為2H⁺+2e^-=H₂↑，離子選擇透過膜只允許陽離子通過，電解過程中，Li⁺向陰極移動，而陰極電解后富余大量的OH^-，陽極的Li⁺通過離子選擇透過膜到陰極，這樣陰極就得到比較純凈的LiOH；
②電解后向LiOH溶液中加入過量NH₄HCO₃溶液，氫氧化鋰與碳酸氫銨反應生成碳酸鋰．

解答 解：根據Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂+H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;250℃-300℃\;}}{\;}$Li₂SO₄+Al₂O₃•4SiO₂•H₂O↓可知鋰輝石（Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂，含少量Ca，Mg元素）經過研磨、加熱、濃硫酸酸化得到可溶性的硫酸鋰、少量硫酸鈣、少量硫酸鎂和不溶的Al₂O₃•4SiO₂•H₂O，經過過濾，得到濾渣1：Al₂O₃•4SiO₂•H₂O，向濾液1中加入石灰乳、碳酸鈉，使Mg（OH）₂、CaCO₃更利于析出，以便形成濾渣2，過濾得到濾液2為硫酸鋰溶液，向濾液2中加入飽合碳酸鈉溶液，得到碳酸鋰，熱水洗滌Li₂CO₃，其溶解度隨溫度升高而減小，可減少Li₂CO₃的損失，得到最終產物碳酸鋰，
（1），濾渣1是Al₂O₃•4SiO₂•H₂O，先加酸溶解，然后過濾出不溶物二氧化硅，步驟Ⅱ中在鋁離子的酸溶液中滴入氨水，生成氫氧化鋁沉淀，所以步驟Ⅱ反應是鋁離子生成氫氧化鋁的反應，反應離子方程式為：Al³⁺+3NH₃•H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺，
故答案為：Al³⁺+3NH₃•H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺；
（2）石灰乳是氫氧化鈣，提供氫氧根離子和鈣離子，更完全的沉淀鎂離子和碳酸根離子，
故答案為：增加Ca²⁺、OH^-的濃度，有利于Mg（OH）₂、CaCO₃的析出；
（3）向濾液2中加入飽和Na₂CO₃溶液，過濾后，用“熱水洗滌”，圖表中碳酸鋰溶解度隨溫度升高減小，減少沉淀的損失，
故答案為：Li₂CO₃的溶解度隨溫度升高而減小，熱水洗滌可減少Li₂CO₃的損失；
（4）①Li₂CO₃溶于鹽酸作電解槽的陽極液，陽極液中氯離子失電子，發生氧化反應，所以陽極反應為2C1^--2e^-=Cl₂↑，
故答案為：2C1^--2e^-=Cl₂↑；
②電解后向LiOH溶液中加入過量NH₄HCO₃溶液，氫氧化鋰與碳酸氫銨反應生成碳酸鋰的方程式為：2LiOH+NH₄HCO₃=Li₂CO₃+NH₃+2H₂O，
故答案為：2LiOH+NH₄HCO₃=Li₂CO₃+NH₃+2H₂O．

點評 本題考查了物質生產流程的分析判斷，流程分析，物質性質的應用是解題關鍵，主要是鋁及其化合物性質的應用，氧化鋁的提取方法，題目難度中等．