Question

【题目】锂辉石(主要成分为LiAl(SiO3)2，还含有Fe2O3、MgO、Al2O3等杂质)是最重要的提锂矿石原料，工业上以α-锂辉石为原料制备碳酸锂，其工艺流程如图：

已知：①α-锂辉石化学惰性大，除HF外，几乎不与任何酸碱反应，α-锂辉石在高温下可转化为β-锂辉石，β-锂辉石具有更高的化学活性。

②β-锂辉石可与浓硫酸发生反应：2β-LiAl(SiO3)2＋H2SO4(浓) Li2SO4＋Al2O3·4SiO2·H2O。

③部分金属氢氧化物开始沉淀和完全沉淀的pH如下表：

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

请回答下列问题：

(1)将LiAl(SiO3)2改写成氧化物的形式为___，1000℃焙烧α-锂辉石的目的为___。

(2)滤渣2的主要成分为___，调节pH值的范围为___。

(3)“除大部分Mg”步骤的离子方程式为___。

(4)实验室蒸发浓缩操作中所需的仪器为酒精灯、铁架台(带铁圈)、___。

(5)洗涤过程中检验沉淀是否洗涤干净的操作为___。

(6)碳酸锂是制备锂离子电池的原料之一，某锂离子电池以CoP3作为负极材料，以LiMn1.5Ni0.5O4作为正极材料，以可传导放电Li＋的无机固体电解质c-LATP作为电解液，其工作时电池反应为Li1-xMn1.5N0.5O4＋Lix(CoP3)nLiMn1.5Ni0.5O4＋(CoP3)n，则该电池放电时负极的电极反应式为___，充电时阳极的电极反应式为___。

Answer 1

【答案】Li2OAl2O34SiO2 将不和浓硫酸反应的α-锂辉石转化为和浓硫酸反应的β-锂辉石 Fe(OH)3、Al(OH)3和CaSO4 4.7≤pH＜9.6 Ca(OH)2(s)+Mg2+(aq)=Mg(OH)2(s)+Ca2+(aq) 蒸发皿、玻璃棒 取少量最后一次的洗涤滤液于试管中，向其中滴加盐酸酸化的 BaCl2溶液，若无白色沉淀产生，则表明已洗涤干净 Lix(CoP3)n-xe-=xLi++(CoP3)n LiMn1.5Ni0.5O4-xe-=Li1-xMn1.5Ni0.5O4+xLi+

【解析】

α-锂辉石(主要成分为LiAl(SiO3)2，还含有Fe2O3、MgO、Al2O3等杂质)高温焙烧转化成β-锂辉石，后加入98%浓硫酸低温焙烧，水浸后得到的酸性溶液中含有Li+、SO42-，另含有Al3+、Fe3+、Mg2+等杂质，得到的滤渣1为SiO2；加入石灰石调节pH，使Al3+、Fe3+转化为氢氧化物沉淀，同时生成微溶的硫酸钙，过滤，滤液中加入石灰乳除去大部分镁离子，生成滤渣3为氢氧化镁，滤液再加入碳酸钠调节pH至11-12，进一步除去钙、镁离子，滤渣4为碳酸钙、氢氧化镁等，滤液为硫酸锂溶液，蒸发浓缩后再加碳酸钠溶液得到碳酸锂沉淀，过滤洗涤干燥得到碳酸锂，以此解答该题。

(1)硅酸盐改写为氧化物的形式要注意活泼金属氧化物在前，其次为不活泼金属氧化物，再次为非金属氧化物，最后为水，中间用小圆点隔开，各元素的比例不能改变，故将LiAl(SiO3)2改写为氧化物的形式为Li2OAl2O34SiO2；根据题目信息可知α-锂辉石化学惰性大，除HF外，几乎不与任何酸碱反应， α-锂辉石在高温下可转化为β-锂辉石，β-锂辉石具有更高的化学活性，可与浓硫酸反应，故1000℃焙烧α-锂辉石的目的为将不和浓硫酸反应的α-锂辉石转化为和浓硫酸反应的β-锂辉石；

(2)加入碳酸钙调pH目的是将Fe3+和Al3+转化为Fe(OH)3和Al(OH)3，碳酸钙还可以和硫酸反应生成微溶的硫酸钙，所以滤渣2的主要成分为Fe(OH)3、Al(OH)3和CaSO4；根据表格可知将Fe3+和Al3+沉淀，而不使Mg2+沉淀，调节pH的范围为4.7≤pH＜9.6；

(3)向溶液中加入石灰乳可将微溶的Ca(OH)2转化为难溶的Mg(OH)2，离子方程式为：Ca(OH)2(s)+Mg2+(aq)=Mg(OH)2(s)+Ca2+(aq)；

(4)实验室蒸发操作除了使用酒精灯、铁架台(带铁圈)外，还需要蒸发皿和玻璃棒；

(5)沉淀的目的是洗去碳酸锂上吸附的溶液中的离子，溶液中的离子有硫酸根离子，可用检验硫酸根离子的方法检验，检验是否洗涤干净的方法是取少量最后一次的洗涤滤液于试管中，向其中滴加盐酸，再加入 BaCl2溶液，若无白色沉淀产生，则表明已洗涤干净；

(6)该电池放电时负极失电子发生氧化反应，电极反应式为Lix(CoP3 )n-xe-=xLi++(CoP3)n，充电时阳极失电子发生氧化反应，电极反应式为LiMn1.5Ni0.5O4-xe-=Li1-x Mn1.5Ni0.5O4+xLi+。