Question

碳酸鋰廣泛應用與陶瓷和醫藥等領域，以鋰輝石（主要成分為LiAlSi₂O₆）為原材料制備Li₂CO₃的工藝流程如下：

已知：①2LiAlSi₂O₆＋H₂SO₄(濃) Li₂SO₄＋Al₂O₃·4SiO₂·H₂O↓
②Fe³⁺、Al³⁺、Fe²⁺和Mg²⁺以氫氧化物形式完全沉淀時，溶液的PH分別為3.2、4.7、9.0和11.1
③某些物質的溶解度（S）如右表
請回答下列問題：
（1）鋰輝石用濃硫酸浸取之前要粉碎成細顆粒的目的是                                  。
（2）濾液a中含有Li⁺、SO₄^2-,另含有Fe³⁺、Al³⁺、Fe²⁺、Mg²⁺ 、Ca²⁺、Na⁺等雜質，步驟Ⅱ需在攪拌下加入石灰石以調節溶液的pH到6.0～6.5，此時沉淀的雜質離子有                            。
（3）步驟Ⅱ在濾液a中加入的除雜劑依次為適量的H₂O₂溶液，石灰乳和Na₂CO₃溶液，發生反應的離子方程式有                                                             。
（4）步驟Ⅲ中加入飽和Na₂CO₃溶液過濾后需要用熱水洗滌的原因是                           。
（5）從濾液c中可回收的主要物質是                                                     。

Answer 1

（1）增大鋰輝石與硫酸的接觸面積，加快浸出反應速率，提高浸出率（2分）
（2）Al³⁺、Fe³⁺（2分） （3）2Fe²⁺＋H₂O₂＋2H⁺＝2Fe³⁺＋2H₂O，3Ca(OH)₂＋2Fe³⁺＝3Ca²⁺＋2Fe(OH)₃↓；
Ca(OH)₂＋Mg²⁺＝Ca²⁺＋Mg(OH)₂↓；Ca²⁺＋CO₃^2-＝CaCO₃↓ （4分）
（4）Li₂CO₃的溶解度隨溫度升高而減小，熱水洗滌可減少Li₂CO₃的損失（2分） （5）Na₂SO₄（2分）

解析試題分析：（1）增大反應物的接觸面積，可以加快反應速率。所以將鋰輝石碎成細顆粒的目的是增大鋰輝石與硫酸的接觸面積，加快浸出反應速率，提高浸出率。
（2）由于Fe³⁺、Al³⁺、Fe²⁺和Mg²⁺以氫氧化物形式完全沉淀時，溶液的pH分別為3.2、4.7、9.0和11.1，所以如果加入石灰石以調節溶液的pH到6.0～6.5，此時沉淀的雜質離子有Fe³⁺、Al³⁺。
（3）由于亞鐵離子的沉淀pH較大，所以必須利用氧化劑將亞鐵離子氧化生成鐵離子，以及便于除去。雙氧水具有強氧化性，能氧化亞鐵離子，反應的離子方程式為2Fe²⁺＋H₂O₂＋2H⁺＝2Fe³⁺＋2H₂O。石灰乳和Na₂CO₃溶液能分別與鐵離子、鎂離子以及該離子結合形成沉淀而除去，反應的離子方程式分別是3Ca(OH)₂＋2Fe³⁺＝3Ca²⁺＋2Fe(OH)₃↓、Ca(OH)₂＋Mg²⁺＝Ca²⁺＋Mg(OH)₂↓Ca²⁺＋CO₃^2-＝CaCO₃↓。
（4）根據溶解度表可知，碳酸鋰的溶解度隨溫度的升高而降低，因此用熱水洗滌可減少Li₂CO₃的損失。
（5）根據轉化圖可知，在生成碳酸鋰的同時，還有硫酸鈉生成，所以從濾液c中可回收的主要物質是Na₂SO₄。
考點：考查碳酸鋰制備流程圖的有關判斷、分析以及實驗設計與評價等