Question

【題目】工業上以鋰輝石為原料生產碳酸鋰的部分工業流程如下：

已知：

①鋰輝石的主要成分為Li2O·Al2O3·4SiO2，其中含少量Ca、Mg元素。

②Li2O·Al2O3·4SiO2 + H2SO4（濃） Li2SO4 + Al2O3·4SiO2·H2O

③某些物質的溶解度（s）如下表所示。

T/℃	20	40	60	80
s（Li2CO3）/g	1.33	1.17	1.01	0.85
s（Li2SO4）/g	34.2	32.8	31.9	30.7

（1）從濾渣Ⅰ中分離出Al2O3的流程如下圖所示。請寫出生成沉淀的離子方程式______。

（2）已知濾渣2的主要成分有Mg（OH）2和CaCO3。向濾液1中加入石灰乳的作用是（運用化學平衡原理簡述）________________________________________________。

（3）最后一個步驟中，用“熱水洗滌”的原因是______________________________。

（4）工業上，將Li2CO3粗品制備成高純Li2CO3的部分工藝如下：

a.將Li2CO3溶于鹽酸作電解槽的陽極液，LiOH溶液做陰極液，兩者用離子選擇透過膜隔開，用惰性電極電解。

b.電解后向LiOH溶液中加入少量NH4HCO3溶液并共熱，過濾、烘干得高純Li2CO3。

①a中，陽極的電極反應式是_________________________

②電解后，LiOH溶液濃度增大的原因_________________，b中生成Li2CO3反應的化學方程式是___________________________________________。

（5）磷酸亞鐵鋰電池總反應為：FePO4+LiLiFePO4，電池中的固體電解質可傳導Li+，試寫出該電池放電時的正極反應：__________________。

Answer 1

【答案】 Al3+ + 3NH3·H2O == Al（OH）3 ↓+ 3NH4+ Ca（OH）2Ca2++2OH-，Mg2+與OH-結合生成Ksp很小的Mg（OH）2沉淀，導致平衡右移，生成Mg（OH）2沉淀 Li2CO3的溶解度隨溫度升高而減小 2Cl-—2e-==Cl2 陰極氫離子放電，鋰離子向陰極移動 2LiOH+NH4HCO3Li2CO3 +2H2O+NH3 ↑ FePO4+Li++ e- = LiFePO4

【解析】本題考查化學化學工藝流程，（1）根據流程，生成沉淀，需要加入過量試劑a，因為Al(OH)3溶于強堿，不溶于弱堿，因此試劑a為NH3·H2O，發生的離子反應方程式為Al3＋＋3NH3·H2O=Al(OH)3↓＋3NH4＋；（2）石灰乳中存在Ca(OH)2 Ca2＋＋2OH－，Ca(OH)2屬于微溶物，Mg(OH)2屬于難溶物，Mg2＋結合Ca(OH)2電離產生的OH－生成更難溶的Mg(OH)2，使平衡向右移動，生成氫氧化鎂沉淀；（3）根據流程圖，制備Li2CO3，根據信息③中溶解度，Li2CO3溶解度隨著溫度的升高而降低，因此熱水洗滌的目的是減少Li2CO3的損失；（4）①根據電解原理，陽極上應是陰離子放電，因此電極反應式為2Cl－－2e－=Cl2↑；②根據電解原理，陰極反應式為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，陽離子向陰極移動，因此LiOH濃度增大；根據b提供信息，HCO3－與OH－反應生成CO32－和H2O，碳酸鋰溶解度較小，因此生成碳酸鋰的化學反應方程式為：2LiOH+NH4HCO3Li2CO3 +2H2O+NH3 ↑；（5）根據原電池的工作原理，正極上發生還原反應，得到電子，因此FePO4在正極上發生反應，即正極反應式為FePO4＋Li＋＋e－=LiFePO4。