Question

16．磷酸亞鐵鋰LiFePO₄是一種新型汽車鋰離子電池的電極材料．某化工廠以鐵紅、鋰輝石LiAl（SiO₃）₂（含少量Ca²⁺、Mg²⁺的鹽）、碳粉等原料來生產磷酸亞鐵鋰．其主要工藝流程如圖：

已知：2LiAl（SiO₃）₂+H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;250～300℃\;}}{\;}$Li₂SO₄+Al₂O₃•4SiO₂•H₂O↓

溫度/℃	20	40	60	80
溶解度（Li2CO3）/g	1.33	1.17	1.01	0.85
溶解度（Li2SO4）/g	34.2	32.8	31.9	30.7

（1）從濾渣Ⅰ中可分離出Al₂O₃，如下圖所示．請寫出生成沉淀的離子方程式Al³⁺+3NH₃•H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺．

（2）濾渣Ⅱ的主要成分是：Mg（OH）₂、CaCO₃（填化學式）．
（3）向濾液Ⅱ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）寫出在高溫下生成磷酸亞鐵鋰的化學方程式2FePO₄+Li₂CO₃+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2LiFePO₄+3CO↑．

Answer 1

分析 鋰輝石中加入硫酸后，依據已知：2LiAl（SiO₃）₂+H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;250～300℃\;}}{\;}$Li₂SO₄+Al₂O₃•4SiO₂•H₂O↓，Al₂O₃•4SiO₂•H₂O沉淀出來，即濾渣I，Li⁺、Mg²⁺、Ca²⁺進入濾液I，濾渣I中加入氫氧化鈉溶解，得到鋁離子，然后加入過量試劑a，即氨水，氫氧化鋁沉淀出來，然后灼燒得到氧化鋁，據此解答即可．

解答 解：鋰輝石中加入硫酸后，依據已知：2LiAl（SiO₃）₂+H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;250～300℃\;}}{\;}$Li₂SO₄+Al₂O₃•4SiO₂•H₂O↓，Al₂O₃•4SiO₂•H₂O沉淀出來，即濾渣I，Li⁺、Mg²⁺、Ca²⁺進入濾液I，濾渣I中加入氫氧化鈉溶解，得到鋁離子，然后加入過量試劑a，即氨水，氫氧化鋁沉淀出來，然后灼燒得到氧化鋁，
（1）步驟Ⅱ中鋁離子與氨水反應生成氫氧化鋁沉淀，離子反應方程式為：Al³⁺+3NH₃•H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺，故答案為：Al³⁺+3NH₃•H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺；
（2）濾液I中存在Ca²⁺、Mg²⁺離子，經過調解pH值后，Ca²⁺、Mg²⁺沉淀分別得到氫氧化鎂和碳酸鈣，故答案為：Mg（OH）₂、CaCO₃；
（3）向濾液II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）依據圖示可知反應物為FePO₄、Li₂CO₃和C，產物為：CO和LiFePO₄，此反應為氧化還原反應，Fe、和C元素化合價變化，依據氧化還原反應原理配平化學反應方程式為：2FePO₄+Li₂CO₃+2C  $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2LiFePO₄+3CO↑，故答案為：2FePO₄+Li₂CO₃+2C $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2LiFePO₄+3CO↑．

點評 本題考查了物質生產流程的分析判斷，流程分析，為高頻考點，側重于學生分析能力，有利于培養學生良好的科學素養，注意把握物質性質的應用，題目側重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．