Question

7．工业上以锂辉石（Li₂O•A1₂O₃•4SiO₂，含少量Ca、Mg元素）为原料生产碳酸锂．其部分工艺流程如下：

已知：①Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂+H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;250℃-300℃\;}}{\;}$Li₂SO₄+Al₂O₃•4SiO₂•H₂O↓
②某些物质的溶解度（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）从滤渣1中分离出Al₂O₃的部分流程如图所示，括号表示加入的试剂，方框表示所得到的物质．则步骤Ⅱ中反应的离子方程式是Al³⁺+3NH₃•H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺．

（2）已知滤渣2的主要成分有Mg（OH）₂和CaCO₃．
向滤液1中加入石灰乳的作用是（运用化学平衡移动原理解释）增加Ca²⁺、OH^-的浓度，有利于Mg（OH）₂、CaCO₃的析出．
（3）向滤液2中加入饱和Na₂CO₃溶液，过滤后，用“热水洗涤”的原因是Li₂CO₃的溶解度随温度升高而减小，热水洗涤可减少Li₂CO₃的损失．
（4）工业上，将Li₂CO₃粗品制备成高纯Li₂CO₃的部分工艺如下．
a．将Li₂CO₃溶于盐酸作电解槽的阳极液，LiOH溶液作阴极液，两者用离子选择透过膜隔开，用惰性电极电解．
b．电解后向LiOH溶液中加入过量NH₄HCO₃溶液，过滤、烘干得高纯Li₂CO₃．
①a中，阳极的电极反应式是2C1^--2e^-=Cl₂↑．
②b中，生成Li₂CO₃反应的化学方程式是2LiOH+NH₄HCO₃=Li₂CO₃+NH₃+2H₂O．

Answer 1

分析 根据Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂+H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;250℃-300℃\;}}{\;}$Li₂SO₄+Al₂O₃•4SiO₂•H₂O↓可知锂辉石（Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂，含少量Ca，Mg元素）经过研磨、加热、浓硫酸酸化得到可溶性的硫酸锂、少量硫酸钙、少量硫酸镁和不溶的Al₂O₃•4SiO₂•H₂O，经过过滤，得到滤渣1：Al₂O₃•4SiO₂•H₂O，向滤液1中加入石灰乳、碳酸钠，使Mg（OH）₂、CaCO₃更利于析出，以便形成滤渣2，过滤得到滤液2为硫酸锂溶液，向滤液2中加入饱合碳酸钠溶液，得到碳酸锂，热水洗涤Li₂CO₃，其溶解度随温度升高而减小，可减少Li₂CO₃的损失，得到最终产物碳酸锂，
（1）步骤Ⅱ中铝离子与氨水反应生成氢氧化铝沉淀；
（2）石灰乳是氢氧化钙，提供氢氧根离子和钙离子，更完全的沉淀镁离子和碳酸根离子；
（3）依据图表分析可知碳酸锂溶解度随温度升高减小；
（4）①Li₂CO₃溶于盐酸作电解槽的阳极液，阳极液中离子失电子，发生氧化反应，所以阳极反应为2C1^--2e^-=Cl₂↑，阴极反应为2H⁺+2e^-=H₂↑，离子选择透过膜只允许阳离子通过，电解过程中，Li⁺向阴极移动，而阴极电解后富余大量的OH^-，阳极的Li⁺通过离子选择透过膜到阴极，这样阴极就得到比较纯净的LiOH；
②电解后向LiOH溶液中加入过量NH₄HCO₃溶液，氢氧化锂与碳酸氢铵反应生成碳酸锂．

解答 解：根据Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂+H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;250℃-300℃\;}}{\;}$Li₂SO₄+Al₂O₃•4SiO₂•H₂O↓可知锂辉石（Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂，含少量Ca，Mg元素）经过研磨、加热、浓硫酸酸化得到可溶性的硫酸锂、少量硫酸钙、少量硫酸镁和不溶的Al₂O₃•4SiO₂•H₂O，经过过滤，得到滤渣1：Al₂O₃•4SiO₂•H₂O，向滤液1中加入石灰乳、碳酸钠，使Mg（OH）₂、CaCO₃更利于析出，以便形成滤渣2，过滤得到滤液2为硫酸锂溶液，向滤液2中加入饱合碳酸钠溶液，得到碳酸锂，热水洗涤Li₂CO₃，其溶解度随温度升高而减小，可减少Li₂CO₃的损失，得到最终产物碳酸锂，
（1），滤渣1是Al₂O₃•4SiO₂•H₂O，先加酸溶解，然后过滤出不溶物二氧化硅，步骤Ⅱ中在铝离子的酸溶液中滴入氨水，生成氢氧化铝沉淀，所以步骤Ⅱ反应是铝离子生成氢氧化铝的反应，反应离子方程式为：Al³⁺+3NH₃•H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺，
故答案为：Al³⁺+3NH₃•H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺；
（2）石灰乳是氢氧化钙，提供氢氧根离子和钙离子，更完全的沉淀镁离子和碳酸根离子，
故答案为：增加Ca²⁺、OH^-的浓度，有利于Mg（OH）₂、CaCO₃的析出；
（3）向滤液2中加入饱和Na₂CO₃溶液，过滤后，用“热水洗涤”，图表中碳酸锂溶解度随温度升高减小，减少沉淀的损失，
故答案为：Li₂CO₃的溶解度随温度升高而减小，热水洗涤可减少Li₂CO₃的损失；
（4）①Li₂CO₃溶于盐酸作电解槽的阳极液，阳极液中氯离子失电子，发生氧化反应，所以阳极反应为2C1^--2e^-=Cl₂↑，
故答案为：2C1^--2e^-=Cl₂↑；
②电解后向LiOH溶液中加入过量NH₄HCO₃溶液，氢氧化锂与碳酸氢铵反应生成碳酸锂的方程式为：2LiOH+NH₄HCO₃=Li₂CO₃+NH₃+2H₂O，
故答案为：2LiOH+NH₄HCO₃=Li₂CO₃+NH₃+2H₂O．

点评 本题考查了物质生产流程的分析判断，流程分析，物质性质的应用是解题关键，主要是铝及其化合物性质的应用，氧化铝的提取方法，题目难度中等．