Question

20．锂被誉为“高能金属”．工业上用硫酸与β-锂辉矿（LiAlSi₂O₆和少量钙镁杂质）在一定条件下反应生成Li₂SO₄（以及MgSO₄、硅铝化合物等物质），进而制备金属锂，其生产流程如下：

（1）用氧化物形式表示LiAlSi₂O₆的组成：Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂．
（2）沉淀X主要成分为CaCO₃和Mg（OH）₂．
（3）写出盐酸与Li₂CO₃反应的离子方程式：Li₂CO₃+2H⁺=2Li⁺+H₂O+CO₂↑．
（4）写出电解熔融LiCl时阴极的电极反应式：Li⁺+e^-=Li．
（5）流程中两次使用了Na₂CO₃溶液，试说明前后浓度不同的原因：前者是浓度过大会使部分Li⁺沉淀；后者是此时浓度大则有利于Li₂CO₃沉淀的生成．
（6）锂和氢气在加热时能反应生成白色固体氢化锂，氢化锂遇到水就立即溶解并释放出大量的气体．试写出氢化锂遇水反应的化学方程式LiH+H₂O=LiOH+H₂↑．
（7）将盐酸与Li₂CO₃完全反应后的溶液，加热蒸干得到固体，再将其熔融电解生产锂．电解时产生的氯气中会混有少量氧气，原因是加热蒸干LiCl溶液时，LiCl有少量水解生成LiOH，受热分解产生Li₂O，电解时产生O₂．

Answer 1

分析 工业上用硫酸与β-锂辉矿反应，生成不溶于酸的硅化合物和含少量铝、钙、镁离子的硫酸锂溶液，然后加入氢氧化钙和碳酸钠溶液除去滤液中的铝、钙、镁离子，得到较为纯净的硫酸锂，再将溶液中锂离子转化为溶解度较小碳酸锂，加饱和Na₂CO₃溶液的目的是使Li⁺转化生成Li₂CO₃沉淀，通过恰当方法最终得到单质锂．
（1）将硅酸盐写成二氧化硅和其它氧化物形式，照例而行，保证原子总数，化合价不变，按化合价分别写化学式，如有多个原子，在前面加上系数，使之成为倍数；
（2）溶液中含有镁离子；
（3）盐酸与Li₂CO₃反应生成氯化锂，水和二氧化碳；
（4）电解时阴极得电子；
（5）第一次用碳酸钠是调节pH值，第二次用碳酸钠是为了沉淀Li₂CO₃；
（6）氢化锂具有还原性，可与水发生氧化还原反应生成氢气；
（7）LiCl溶液加热蒸干，LiCl水解生成的LiOH，受热分解产生Li₂O，电解Li₂O的熔融物得到氧气．

解答 解：（1）LiAlSi₂O₆可表示为：Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂，故答案为：Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂；
（2）溶液中含有镁离子，氢氧化镁是沉淀，故答案为：Mg（OH）₂；
（3）盐酸与Li₂CO₃反应的离子方程式Li₂CO₃+2H⁺=2Li⁺+H₂O+CO₂↑，故答案为：Li₂CO₃+2H⁺=2Li⁺+H₂O+CO₂↑；
（4）电解时阴极得电子，电极方程式为Li⁺+e^-=Li，故答案为：Li⁺+e^-=Li；
（5）碳酸钠可与酸反应，第一次用碳酸钠可起到调节pH值的作用，可沉淀氢氧化镁，第二次用碳酸钠时浓度较大，是为了沉淀Li₂CO₃，
故答案为：浓度过大会使部分Li⁺ 沉淀；此时浓度大则有利于Li₂CO₃沉淀的生成；
（6）锂和氢气在加热时能反应生成白色固体氢化锂，氢化锂遇到水就立即溶解并释放出大量的气体，是氢化锂和水反应生成氢气和氢氧化锂，反应的化学方程式为：LiH+H₂O=LiOH+H₂↑，故答案为：LiH+H₂O=LiOH+H₂↑；
（7）LiCl溶液在加热易发生水解生成LiOH和HCl，LiCl溶液加热蒸干，LiCl水解生成LiOH，受热分解产生Li₂O，实际上电解的是LiCl和Li₂O的熔融混合物，电解时产生O₂．
故答案为：加热蒸干LiCl溶液时，LiCl有少量水解生成LiOH，受热分解产生Li₂O，电解时产生O₂．

点评 本题主要考查物质的制备，为高考常见题型，侧重于学生的分析能力、实验能力的考查，题目涉及物质的分离、电解原理、盐类的水解等，难度难度较大，掌握实验的原理和流程分析是解题的关键．