Question

【題目】以含鋰電解鋁廢渣(主要含 AlF3、 NaF、LiF、CaO ) 和濃硫酸為原料，制備電池級碳酸鋰，同時得副產品冰晶石，其工藝流程如下：

已知LiOH易溶于水，Li2CO3微溶于水。回答下列問題：

(1)電解鋁廢渣與濃硫酸反應產生的氣體化學式為 ___________。濾渣2的主要成分是(寫化學式)_________。

(2)堿解反應中， 同時得到氣體和沉淀反應的離子方程式為_____________。

(3)一般地說 K＞105 時，該反應進行得就基本完全了。苛化反應中存在如下平衡：Li2CO3(s)+Ca2+(aq)2Li+(aq)+ CaCO3(s)通過計算說明該反應是否進行完全________(已知Ksp(Li2CO3) = 8.64×10-4、Ksp(CaCO3) = 2.5×10-9)。

(4)碳化反應后的溶液得到Li2CO3的具體實驗操作有：加熱濃縮、______、______、干燥。

(5)上述流程得到副產品冰晶石的化學方程式為__________。

(6)Li2CO3是制備金屬鋰的重要原料， 一種制備金屬鋰的新方法獲得國家發明專利，其裝置如圖所示：

工作時電極 C 應連接電源的______極，陽極的電極反應式為__________ 。該方法設計的 A 區能避免熔融碳酸鋰對設備的腐蝕和因________逸出對環境的污染。

Answer 1

【答案】HF CaCO3、Al(OH)3 2Al3+＋3CO32-＋3H2O=2Al(OH)3↓＋3CO2↑ 該反應的 K＝3.5×105，可以認為該反應進行完全 冷卻結晶 過濾洗滌 6HF＋Na2SO4＋NaAlO2=Na3AlF6＋H2SO4＋2H2O 負 2Cl--2e-=Cl2↑ 氯氣

【解析】

含鋰電解鋁廢渣主要成分為LiF、AlF3、NaF，少量CaO等，加入濃硫酸生成的氣體為HF，浸取后過濾分離出濾渣為CaSO4，濾液中加碳酸鈉發生2Al3++3CO32-+3H2O＝2Al（OH）3↓+3CO2↑、2Li++CO32-=Li2CO3，氣體為二氧化碳，過濾分離出濾液含硫酸鈉，分離出氫氧化鋁、Li2CO3，再加CaO、苛化反應將不溶性的碳酸鋰轉化成氫氧化鋰溶液，過濾分離出濾渣2含碳酸鈣，碳化時LiOH與二氧化碳反應生成Li2CO3，二氧化碳在流程中可循環使用，以此來解答。

（1）根據上述分析，廢渣與濃硫酸反應產生的氣體化學式為HF，根據上述分析，濾渣2的主要成分是CaCO3、Al(OH)3，故答案為：HF；CaCO3、Al(OH)3；

（2）堿解反應中，同時得到氣體和沉淀反應是鋁離子與碳酸根離子的雙水解反應，離子方程式為：2Al3+＋3CO32-＋3H2O=2Al(OH)3↓＋3CO2↑，故答案為：2Al3+＋3CO32-＋3H2O=2Al(OH)3↓＋3CO2↑；

（3）Li2CO3(s)+Ca2+(aq)2Li+(aq)+ CaCO3(s)的＞105，可以認為該反應進行完全，故答案為：該反應的 K＝3.5×105，可以認為該反應進行完全；

（4）碳化反應后的溶液得到Li2CO3的具體實驗操作有：加熱濃縮、冷卻結晶、過濾洗滌、干燥，故答案為：冷卻結晶、過濾洗滌；

（5）根據流程圖知，反應物為HF、Na2SO4、NaAlO2，生成物為Na3AlF6，根據原子守恒及反應原理書寫方程式為：6HF＋Na2SO4＋NaAlO2=Na3AlF6＋H2SO4＋2H2O，故答案為：6HF＋Na2SO4＋NaAlO2=Na3AlF6＋H2SO4＋2H2O；

（6）根據圖示C極有Li生成，電極反應為：Li++ e-=Li，則C為陰極，發生還原反應，應連接電源的負極；陽極發生氧化反應，根據圖示陽極有氯氣生成，則電極反應式為：2Cl--2e-=Cl2↑；根據圖示分析，該方法設計的 A 區能用熔融的碳酸鋰吸收產生的氯氣，防止氯氣對還原產生污染，故答案為：負； 2Cl--2e-=Cl2↑；氯氣。