Question

【题目】锂及锂盐具有的优异性能和特殊功能，在化工、电子、宇航、核能、能源等领域都得到广泛应用；锂元素更是被誉为“能源元素”。

Ⅰ、锂的原子结构示意图为___________；锂在空气中燃烧，发出浅蓝色的火焰，放出浓厚的白烟，生成相应氧化物____________（填化学式）。

Ⅱ、锂经常用于制作电池。锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li＋通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成LiMnO2。回答下列问题：

（1）外电路的电流方向是由________极流向________极。(填字母)

（2）电池正极反应式____________________________________。

（3）是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？________(填“是”或“否”)，用化学反应方程式解释原因______________________________________________。

Ⅲ、下面是从锂辉石（Li2O·Al2O3·SiO2）中提取锂的工业流程示意图。

① 高温煅烧时的反应原理为：Li2OAl2O3SiO2+K2SO4= K2OAl2O3SiO2+Li2SO4；

Li2OAl2O3SiO2+Na2SO4= Na2OAl2O3SiO2+Li2SO4。

②锂离子浸取液中含有的金属离子为：K+、Na+、Li+、Fe3+、Fe2+、Al3+、Mn2+ 。

③几种金属离子沉淀完全的pH

金属离子	Al(OH)3	Fe(OH)2	Fe(OH)3	Mn(OH)2
沉淀完全的pH	4.7	9.0	3.2	10.1

④Li2SO4、Li2CO3在不同温度下的溶解度（g / 100g水）

温度 溶解度	10	20	50	80
Li2SO4	35.4	34.7	33.1	31.7
Li2CO3	1.43	1.33	1.08	0.85

（1）浸取时使用冷水的原因是______________________________________。

（2）滤渣2的主要成分为__________________。

（3）流程中分2次调节pH（pH7～8和pH > 13），有研究者尝试只加一次浓NaOH溶液使pH > 13，结果发现在加饱和碳酸钠溶液沉锂后，随着放置时间延长，白色沉淀增加，最后得到的Li2CO3产品中杂质增多。Li2CO3产品中的杂质可能是__________________，用离子方程式表示其产生的原因_____________________________。

（4）洗涤Li2CO3晶体使用_____________。（填“冷水”或“热水”）

Answer 1

【答案】Li2ObaMnO2+e-+Li+=LiMnO2否2Li+2H2O=2LiOH+H2↑Li2SO4的溶解度随温度升高而减少，用冷水浸取可以提高浸取率Al（OH）3、Fe（OH)3Al（OH）3Al3++4OH-=AlO2-+2H2O；2AlO2-+CO2+3H2O=2Al（OH）3↓+CO32-热水

【解析】

I．锂的原子核外有2个电子层，各层电子数为2、1；锂在空气中燃烧生成氧化锂；Ⅱ、首先掌握原电池的过程条件、电极名称、电极判断、电极反应、溶液中离子的移动方向、外电路中电子的移动方向、氧化还原反应的实质、特征、氧化剂与还原剂等概念。还要清楚加入的物质是否还会发生其他反应，判断加入物质的可行性，最后按要求作答；Ⅲ．锂辉石（Li2OAl2O34SiO2）煅烧后，冷却、研磨，有利于冷水的浸取，抽滤，得到滤渣为硅酸盐，结合锂离子浸取液中含有的金属离子、离子沉淀完全pH，可知加热NaOH浓溶液，调节溶液pH=7～8，Al3+、Fe3+转化为Al（OH）3、Fe（OH）3，抽滤后再加入NaOH浓溶液，调节溶液pH>13，应是将Mn2+转化为沉淀，抽滤后，加热浓缩，加入饱和碳酸钠溶液，由于Li2CO3的溶解度远小于Li2SO4，会析出Li2CO3，由于Li2CO3的溶解度随温度升高而减小，用热水洗涤可减少Li2CO3的损失，得到最终产物碳酸锂。（1）Li2SO4的溶解度随温度升高而减少；（2）滤渣2为氢氧化铝、氢氧化铁；（3）只加一次浓NaOH溶液使pH>13，会使溶液中Al3+转化为AlO2-，放置后，空气中二氧化碳与AlO2-、水反应生成Al（OH）3；（4）Li2CO3的溶解度随温度升高而减小，应用热水洗涤。

I．锂的原子核外有2个电子层，各层电子数为2、1，原子结构示意图为：，锂在空气中燃烧生成Li2O；Ⅱ、（1）外电路的电流方向是由正极b极流向负极a极；（2）在电池正极b上发生的电极反应式为MnO2+e-+Li+=LiMnO2；（3）不能可用水代替电池中的混合有机溶剂，用化学反应方程式解释原因2Li+2H2O=2LiOH+H2↑；Ⅲ．锂辉石（Li2OAl2O34SiO2）煅烧后，冷却、研磨，有利于冷水的浸取，抽滤，得到滤渣为硅酸盐，结合锂离子浸取液中含有的金属离子、离子沉淀完全pH，可知加热NaOH浓溶液，调节溶液pH=7～8，Al3+、Fe3+转化为Al（OH）3、Fe（OH）3，抽滤后再加入NaOH浓溶液，调节溶液pH>13，应是将Mn2+转化为沉淀，抽滤后，加热浓缩，加入饱和碳酸钠溶液，由于Li2CO3的溶解度远小于Li2SO4，会析出Li2CO3，由于Li2CO3的溶解度随温度升高而减小，用热水洗涤可减少Li2CO3的损失，得到最终产物碳酸锂。（1）Li2SO4的溶解度随温度升高而减少，用冷水浸取可以提高浸取率，故用冷水浸取；（2）由上述分析可知，滤渣2为Al（OH）3、Fe（OH）3；（3）只加一次浓NaOH溶液使pH>13，会使溶液中Al3+转化为AlO2-，放置后，空气中二氧化碳与AlO2-、水反应生成Al（OH）3，Li2CO3产品中的杂质可能是Al（OH）3，相应的离子方程式为：Al3++4OH-=AlO2-+2H2O、2AlO2-+CO2+3H2O=2Al（OH）3↓+CO32-；（4）Li2CO3的溶解度随温度升高而减小，用热水洗涤可以减少碳酸锂的损耗。