Question

20．金属锂在通讯和航空航天领域中有重要的应用．以某锂矿为原料制取锂的工艺流程如下图，其主要成分为Li₂O、Al₂O₃、SiO₂，另含有FeO、MgO、CaO等杂质．

已知：①部分金属氢氧化物开始沉淀和完全沉淀时的pH：

氢氧化物	Fe（OH）3	Al（OH）3	Mg（OH）2
开始沉淀pH	2.7	3.7	9.6
完全沉淀pH	3.7	4.7	11

②Li₂CO₃在不同温度下的溶解度如表：

温度/℃	0	10	20	50	75	100
Li2CO3的溶解度/g	1.539	1.406	1.329	1.181	0.866	0.728

请回答下列问题：
（1）锂矿中的FeO在反应 I中发生的化学反应方程式为2FeO+4H₂SO₄（浓）=Fe₂（SO₄）₃+SO₂↑+4H₂O
（2）反应 II中pH的范围是4.7≤pH＜9.6
（3）沉淀B中主要成分为CaCO₃和Mg（OH）₂（填化学式）；沉淀C应使用热水 洗涤（选填“热水”或“冷水”）
（4）反应 IV发生的离子方程式为2Li⁺+CO₃^2-=Li₂CO₃
（5）电解熔融LiCl的阴极电极反应式为Li⁺+e^-=Li；阳极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，受热分解生成Li₂O，电解时放电产生O₂．

Answer 1

分析 锂矿主要成分为Li₂O、Al₂O₃、SiO₂，另含有FeO、MgO、CaO等杂质为原料来制取金属锂，加入过量浓硫酸溶解锂矿，加入碳酸钙除去过量的硫酸调节溶液PH=5，使铁离子和铝离子沉淀完全，加入水洗过滤洗去矿泥，然后加入氢氧化钙和碳酸钠沉淀镁离子和钙离子，过滤得到溶液中主要是锂离子的溶液，蒸发浓缩，加入碳酸钠沉淀锂离子生成碳酸锂，洗涤后加入盐酸溶解得到纯净的氯化锂溶液，加热蒸干得到氯化锂，电解熔融氯化锂得到金属锂．
（1）锂矿中的FeO在反应 I中与浓硫酸发生氧化还原反应，被氧化成硫酸铁，根据元素守恒书写化学反应方程式；
（2）反应 II中要使铝离子和铁离子全部沉淀，而镁离子不能沉淀，根据题中提供的属氢氧化物开始沉淀和完全沉淀时的pH可判断；
（3）反应Ⅲ主要是沉淀镁离子，沉淀C为碳酸锂，其溶解度随温度升高而降低，洗涤时要减少碳酸锂的损失，据此判断；
（4）反应 IV是用碳酸根离子将溶液中的锂离子沉淀，根据电荷守恒和元素守恒书写离子方程式为；
（5）电解熔融LiCl时阴极锂离子得电子生成锂，根据蒸干LiCl溶液时，LiCl有少量水解生成LiOH，氢氧化锂部分分解生成氧化锂，电解时会生成氧气．

解答 解：锂矿主要成分为Li₂O、Al₂O₃、SiO₂，另含有FeO、MgO、CaO等杂质为原料来制取金属锂，加入过量浓硫酸溶解锂矿，加入碳酸钙除去过量的硫酸调节溶液PH=5，使铁离子和铝离子沉淀完全，加入水洗过滤洗去矿泥，然后加入氢氧化钙和碳酸钠沉淀镁离子和钙离子，过滤得到溶液中主要是锂离子的溶液，蒸发浓缩，加入碳酸钠沉淀锂离子生成碳酸锂，洗涤后加入盐酸溶解得到纯净的氯化锂溶液，加热蒸干得到氯化锂，电解熔融氯化锂得到金属锂．
（1）锂矿中的FeO在反应 I中与浓硫酸发生氧化还原反应，被氧化成硫酸铁，反应的化学反应方程式为2FeO+4H₂SO₄（浓）=Fe₂（SO₄）₃+SO₂↑+4H₂O，
故答案为：2FeO+4H₂SO₄（浓）=Fe₂（SO₄）₃+SO₂↑+4H₂O；
（2）反应 II中要使铝离子和铁离子全部沉淀，而镁离子不能沉淀，根据题中提供的属氢氧化物开始沉淀和完全沉淀时的pH可知反应 II中pH的范围是4.7≤pH＜9.6，
故答案为：4.7≤pH＜9.6；
（3）反应Ⅲ主要是沉淀镁离子，所以沉淀B中主要成分为CaCO₃和Mg（OH）₂，沉淀C为碳酸锂，其溶解度随温度升高而降低，洗涤时要减少碳酸锂的损失，所以要用热水洗涤，
故答案为：Mg（OH）₂；热水；
（4）反应 IV是用碳酸根离子将溶液中的锂离子沉淀，反应的离子方程式为2Li⁺+CO₃^2-=Li₂CO₃，故答案为：2Li⁺+CO₃^2-=Li₂CO₃；
（5）电解熔融LiCl时阴极锂离子得电子生成锂，电极反应式为Li⁺+e^-=Li，蒸干LiCl溶液时，LiCl有少量水解生成LiOH，氢氧化锂部分分解生成氧化锂，电解时会生成氧气，所以阳极产生的氯气中会混有少量氧气，
故答案为：Li⁺+e^-=Li；加热蒸干LiCl溶液时，LiCl有少量水解生成LiOH，受热分解生成Li₂O，电解时放电产生O₂．

点评 本题考查了工业上以β-锂辉矿制取金属锂的方法，题目难度中等，试题涉及了化学式的书写、物质的分离与提纯、离子方程式的书写等知识，合理分析题中工艺流程是解题关键．