Question

【题目】JohnB.Goodenough等三位科学家因为在锂离子电池研究领域的突出贡献获得2019年诺贝尔化学奖。碳酸锂是一种常见的锂离子电池原料，一种以锂辉石为原料制取碳酸锂的工艺如图：(锂辉石：LiAl(SiO3)2，也表示为Li2O·Al2O3·4SiO2，还含微量的钠、钙、镁等元素)

[查阅资料]：Li2CO3为无色单斜晶系结晶体，熔点618℃，溶于硫酸，微溶于水，在冷水中的溶解度比热水中大。

（1）在“硫酸浸出”流程，将硫酸加热到130℃的目的是___________________________。

（2）工业上高温煅烧FePO4、Li2CO3和草酸晶体(H2C2O4·2H2O)的混合物制取电池材料磷酸亚铁锂(LiFePO4)，反应的化学方程式为__________________________________。

（3）LiFePO4含有Fe、Li两种金属元素，它们的焰色反应的颜色分别是___________

A.黄色、紫红色B.绿色、黄色C.无焰色反应、紫红色D.黄色、无焰色反应

（4）在“Li2CO3分离、洗涤”流程，用热水洗涤的原因是___________________________。

（5）某浓差电池的原理示意如图所示，可用该电池从浓缩海水中提取LiCl溶液。

电池中的Y电极为________（填“正极”或“负极”或“阳极”或“阴极”）。X极的电极反应方程式为：________________________________________________。Y极每生成标况下22.4LCl2，有_________molLi+经过离子导体。

Answer 1

【答案】温度升高可加快浸出速率 2FePO4+Li2CO3+H2C2O4.2H2O2LiFePO4+3CO2↑+3H2O↑ C Li2CO3在冷水中的溶解度比热水中大，热水洗涤可减少Li2CO3的溶解度损耗，提高产率 负极 2H++2e-=H2↑ 2

【解析】

根据题意、流程进行分析。锂辉石的主要成分为LiAl(SiO3)2，还含微量的钠、钙、镁等元素，加入硫酸酸浸后过滤，所得滤液中主要含Li2SO4、A12(SO4)3，还含有硫酸、Na+、Mg2+等；加入石灰水将滤液中的硫酸中和、A13+和Mg2+转化为沉淀而除去；过滤后加入饱和碳酸钠溶液使Li+转化成Li2CO3 ，沉淀，据此分析作答。

（1）根据升高温度，增大反应速率，则在“硫酸浸出“流程中，将硫酸加热到130℃是为了加快浸出速率；答案为提高浸出速率。

（2）制取电池材料磷酸亚铁锂(LiFePO4)时，反应物有FePO4、Li2CO3和草酸晶体(H2C2O4·2H2O)，生成物为LiFePO4，铁元素的化合价降低，则该过程中某种物质被氧化，根据元素化合价变化规律，可知草酸中的C元素被氧化，由+3价升高为+4价，结合电子守恒和元素守恒可知，产物中还含有CO2和H2O，所以化学方程式为2FePO4+Li2CO3+ H2C2O4·2H2O2LiFePO4+3CO2↑+3H2O↑；答案为2FePO4+Li2CO3+ H2C2O4·2H2O2LiFePO4+3CO2↑+3H2O↑。

（3）锂元素的焰色反应为紫红色；铁元素无焰色反应；答案为C。