Question

鋰被譽為“金屬味精”，以LiCoO₂為正極材料的鋰離子電池已被廣泛用作便攜式電源。工業上常以β-­鋰輝礦(主要成分為LiAlSi₂O₆，還含有FeO、MgO、CaO等雜質)為原料來制取金屬鋰。其中一種工藝流程如下：

已知：①部分金屬氫氧化物開始沉淀和完全沉淀時的pH：

氫氧化物	Fe(OH)3	Al(OH)3	Mg(OH)2
開始沉淀pH	2．7	3.7	9.6
完全沉淀pH	3.7	4.7	11

 
②Li₂CO₃在不同溫度下的溶解度如下表：

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

 
請回答下列問題：
（1）用氧化物形式表示LiAlSi₂O₆的組成：________________________。
（2）反應Ⅱ加入碳酸鈣的作用是_________________________________。
（3）寫出反應Ⅲ中生成沉淀A的離子方程式：______________________________________。
（4）反應Ⅳ生成Li₂CO₃沉淀，寫出在實驗室中得到Li₂CO₃沉淀的操作名稱___________，洗滌所得Li₂CO₃沉淀要使用______________ (選填“熱水”或“冷水”)，你選擇的理由是________________。
（5）電解熔融氯化鋰生產鋰時，陽極產生的氯氣中會混有少量氧氣，原因是：__________________________。

Answer 1

（1）Li₂O?Al₂O₃?4SiO₂   
（2）除去反應Ⅰ中過量的H₂SO₄；控制pH，使Fe ^3＋、A l ^3＋完全沉淀　
（3）Mg^2＋＋2OH^－=Mg(OH)₂↓、Ca ^2＋＋CO₃^2－=CaCO₃↓　
（4）過濾 　熱水　Li₂CO₃在較高溫度下溶解度小，用熱水洗滌可減少Li₂CO₃的損耗
（5）加熱蒸干LiCl溶液時，LiCl有少量水解生成LiOH，受熱分解生成Li₂O，電解時產生O₂

試題分析：（1）硅酸鹽既可以用鹽的形式表示母液可以用氧化物的形式表示。在用氧化物形式表示時要符合質量守恒定律。且一般情況下，金屬氧化物寫在前面，非金屬氧化物寫在后面。LiAlSi₂O₆的氧化物的形式表示為Li₂O?Al₂O₃?4SiO₂ 。（2）反應Ⅱ加入碳酸鈣是為了除去反應Ⅰ中過量的H₂SO₄；控制pH，使Fe ^3＋、A l ^3＋完全沉淀。（3）根據框圖中物質之間的轉化關系可知反應Ⅲ中生成沉淀A的離子方程式為Mg^2＋＋2OH^－=Mg(OH)₂↓、Ca ^2＋＋CO₃^2－=CaCO₃↓。（4）反應Ⅳ中由于Li₂CO₃溶解度小，所以生成Li₂CO₃沉淀，在實驗室中從溶液中分離得到Li₂CO₃沉淀的操作是過濾。因為Li₂CO₃的溶解度隨溫度的升高而降低，所以洗滌所得Li₂CO₃沉淀要使用熱水。（5）電解熔融氯化鋰生產鋰時，陽極產生的氯氣中會混有少量氧氣是因為在加熱蒸干LiCl溶液時，LiCl有少量發生水解反應生成LiOH，它受熱分解生成Li₂O，電解時產生O₂。因此制取的氯氣中常含有少量的O₂。