Question

工業上以鋰輝石（Li₂O·A1₂O₃·4SiO₂，含少量Ca、Mg元素）為原料生產碳酸鋰。其部分工藝流程如下：

已知：①Li₂O·Al₂O₃·4SiO₂ + H₂SO₄(濃)Li₂SO₄ + Al₂O₃·4SiO₂·H₂O↓

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1中分離出Al₂O₃的部分流程如下圖所示，括號表示加入的試劑，方框表示所得到的物質。則步驟Ⅱ中反應的離子方程式是      。

（2）已知濾渣2的主要成分有Mg(OH)₂和CaCO₃，寫出生成濾渣2反應的離子方程式：      。
（3）向濾液2中加入飽和Na₂CO₃溶液，過濾后，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。
①將粗產品Li₂CO₃溶于鹽酸作電解槽的陽極液，LiOH溶液作陰極液，兩者用離子選擇半透膜隔開，用惰性電極電解。陽極的電極反應式是      。
②電解后向產品LiOH溶液中加入過量NH₄HCO₃溶液生成Li₂CO₃反應的化學方程式是         。

Answer 1

（15分）（1）Al³⁺+3NH₃·H₂O＝Al(OH)₃↓+3NH₄⁺或Al³⁺+3OH^－＝Al(OH)₃↓ (3分)
（2）Mg²⁺ ＋ 2OH^－＝Mg(OH)₂↓、 Ca²⁺＋CO₃^2－＝CaCO₃↓ （共4分）
（3）Li₂CO₃的溶解度隨溫度升高而減小，熱水洗滌可減少Li₂CO₃的損失（3分）
（4）①2Cl^――2e^－＝Cl₂↑（2分） ②2LiOH+2NH₄HCO₃＝Li₂CO₃↓+ (NH₄)₂CO₃+2H₂O（3分）

試題分析：（1）鋰輝石（Li₂O·A1₂O₃·4SiO₂，含少量Ca、Mg元素），加入硫酸浸出發生的反應為：Li₂O·A1₂O₃·4SiO₂+H₂SO₄（濃）Li₂SO₄+Al₂O₃?4SiO₂?H₂O↓，由此推斷濾渣是Al₂O₃?4SiO₂?H₂O。由于氧化鋁是兩性氧化物，所以分離得到氧化鋁可以先加入鹽酸溶解氧化鋁，二氧化硅不反應，過濾得到氯化鋁溶液，加入過量氨水會完全沉淀鋁離子生成氫氧化鋁沉淀，過濾得到氫氧化鋁沉淀，最后灼燒氫氧化鋁得到氧化鋁，由此步驟Ⅱ中反應的離子方程式是Al³⁺+3NH₃·H₂O＝Al(OH)₃↓+3NH₄⁺。
（2）濾液1中含有Mg^2＋、Ca^2＋，所以加入氫氧化鈣和碳酸鈉以后會生成氫氧化鎂和碳酸鈣沉淀，有關反應的離子方程式為Mg²⁺ ＋ 2OH^－＝Mg(OH)₂↓、Ca²⁺＋CO₃^2－＝CaCO₃↓。
（3）根據表中數據可知，Li₂CO₃的溶解度隨溫度升高而減小，由此熱水洗滌可減少Li₂CO₃的損失。
（4）①電解池陽極失去電子，所以該電解池中陽極應該是溶液中的氯離子失去電子，所以陽極電極反應式為2Cl^――2e^－＝Cl₂↑。
②LiOH是強堿，HCO₃^－結合OH^－能力強于NH₄^＋，所以LiOH溶液中加入過量NH₄HCO₃溶液生成Li₂CO₃反應的化學方程式是2LiOH+2NH₄HCO₃＝Li₂CO₃↓+(NH₄)₂CO₃+2H₂O。