Question

锂被誉为“金属味精”，以LiCoO₂为正极材料的锂离子电池已被广泛用作便携式电源。工业上常以β­锂辉矿(主要成分为LiAlSi₂O₆，还含有FeO、MgO、CaO等杂质)为原料来制取金属锂。其中一种工艺流程如下：

已知：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

 
请回答下列问题：
（1）写出反应Ⅰ中有电子转移的化学方程式_________________________；
（2）反应Ⅱ加入碳酸钙的作用是_______________；
（3）有同学认为在反应Ⅲ中只需加入碳酸钠溶液也能达成该步骤的目的，请阐述你的观点和理由  ____________；
（4）上述流程蒸发浓缩环节，若在实验室进行该操作，当蒸发浓缩至________出现时，就可停止该操作。
（5）Li与Mg、Be与Al、B与Si这三对元素在周期表中处于对角线位置，相应的两元素及其化合物的性质有许多相似之处。这种相似性称为对角线规则。步骤③中电解时，阳极产生的氯气中会混有少量氧气，原因是___________。
（6）请设计一种从水洗后的矿泥中分离出Al₂O₃的流程：
（流程常用的表示方式为：）

Answer 1

（1）2FeO+4H₂SO₄(浓)Fe₂(SO₄)₃+SO₂↑+4H₂O
（2）除去反应Ⅰ中过量的H₂SO₄；控制pH，使Fe^3＋、Al^3＋完全沉淀
（3）不能，镁离子不能完全除去。
（4）晶体膜
（5）加热蒸干LiCl溶液时，LiCl有少量水解生成LiOH，受热分解生成Li₂O，电解时产生O₂.
（6）
或

解析试题分析：
（1）浓硫酸有氧化性，FeO有还原性，二者在加热时会发生氧化还原反应。根据质量守恒定律和电子守恒可得该反应的方程式为：2FeO+4H₂SO₄(浓) Fe₂(SO₄)₃+SO₂↑+4H₂O。
（2）反应Ⅱ加入碳酸钙的作用是除去反应Ⅰ中过量的剩余的H₂SO₄；调节溶液的pH，同时使Fe^3＋、Al^3＋完全转化为沉淀而除去。
（3）在反应Ⅲ中只需加入碳酸钠溶液，因为其碱性是盐水解产生的，碱性不如NaOH强，而且MgCO₃的溶解度比Mg(OH)₂大，不能很好的把Mg²⁺沉淀出去。因此不能达成该步骤的目的。
（4）加热蒸发时，只要看到大量固体析出或者仅余少量液体时，停止加热，利用余热把固体蒸干。
（5）步骤③中电解时，阳极产生的氯气中会混有少量氧气，是因为在加热蒸干LiCl溶液时，LiCl有少量发生水解反应产生了LiOH混在LiCl中。LiOH受热分解生成Li₂O，电解时产生了O₂。
（6）水洗后的矿泥中含有Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂.可以先加盐酸把Fe₂O₃、Al₂O₃溶解变为FeCl₃、AlCl₃，除去难溶的SiO₂.然后向溶液中加入过量的NaOH溶液，发生反应：FeCl₃+3NaOH=Fe(OH)₃↓+3NaCl。AlCl₃+4NaOH=NaAlO₂+3NaCl+2H₂O。把Fe(OH)₃沉淀过滤除去，然后向滤液中通入过量的CO₂气体，发生反应NaAlO₂+ CO₂+2H₂O= Al(OH)₃↓+NaHCO₃.把Al(OH)₃沉淀过滤出来洗涤干净，然后灼烧既得Al₂O₃。另一种方法是把矿泥用NaOH溶液处理，可以得到NaAlO₂和Na₂SiO₃溶液，而Fe₂O₃不溶，过滤除去。然后向滤液中加入过量的盐酸发生反应NaAlO₂+4HCl= AlCl₃+NaCl+2H₂O。Na₂SiO₃+2HCl=H₂SiO₃↓+2NaCl。把硅酸沉淀过滤除去，再向滤液中通入过量的氨气，发生反应AlCl₃+3NH₃+3H₂O= Al(OH)₃↓+3NH₄Cl。再把Al(OH)₃沉淀过滤出来洗涤干净，然后灼烧既得Al₂O₃。
考点：考查以β­锂辉矿为原料来制取金属锂的反应原理及从矿泥中分离出Al₂O₃的方法的知识。