Question

（16分）工业上以锂辉石（Li₂O·Al₂O₃·4SiO₂，含少量Ca,Mg元素）为原料生产碳酸锂。其部分工业流程如下：

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

②某些物质的溶解度（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）从滤渣1中分离出Al₂O₃部分的流程如下图所示，括号表示加入的试剂，方框表示所得的物质。则步骤Ⅱ中反应的离子方程式是______________________________。

（2）已知滤渣2的主要成分有Mg(OH)₂和CaCO₃。向滤液1中加入石灰乳的作用是（运用化学平衡原理简述）_____________________________。

（3）最后一个步骤中，用“热水洗涤”的目的是______________________________。

（4）工业上，将Li₂CO₃粗品制备成高纯Li₂CO₃的部分工艺如下：

a.将Li₂CO₃溶于盐酸作电解槽的阳极液，LiOH溶液做阴极液，两者用离子选择透过膜隔开，用惰性电极电解。

b.电解后向LiOH溶液中加入少量NH₄HCO₃溶液并共热，过滤、烘干得高纯Li₂CO₃。

①a中，阳极的电极反应式是_________________________。

②电解后，LiOH溶液浓度增大的原因_____，b中，生成Li₂CO₃反应的化学方程式是_______。

（5）磷酸亚铁锂电池总反应为：FePO₄+LiLiFePO₄，电池中的固体电解质可传导Li⁺试写出该电池放电时的正极反应：__________________。若用该电池电解饱和食盐水(电解池电极均为惰性电极)当电解池两极共有4480mL气体（标准状况）产生时，该电池消耗锂的质量为__________________。

Answer

（共16分，每空2分）（1）Al3++3NH3·H2O＝Al（OH）3↓+3NH4+

（2）Ca(OH)2 Ca2++2OH-,Mg2+与OH-结合生成Ksp很小的Mg(OH)2沉淀，导致平衡右移，生成Mg(OH)2沉淀

（3）Li2CO3的溶解度随温度升高而减小

（4）①2Cl-—2e-＝Cl2 ②阴极氢离子放电，锂离子向阴极移动2LiOH+NH4HCO3Li2CO3 +2H2O+NH3↑

（5）FePO4+Li++ e- ＝Li FePO4 1.4g

【解析】

试题分析：工（1）根据已知信息①可知滤渣1中含有氧化铝和二氧化硅，氧化铝是两性氧化物，而二氧化硅是酸性氧化物，因此首先用盐酸溶解滤渣1，过滤后得到二氧化硅和氯化铝的溶液。向滤液中通入足量的氨气即可生成氢氧化铝，灼烧氢氧化铝即可得到氧化铝，其中步骤Ⅱ中反应的离子方程式是Al3++3NH3·H2O＝Al（OH）3↓+3NH4+。

（2）石灰乳中存在氢氧化钙的溶解平衡Ca(OH)2 Ca2++2OH-,Mg2+与OH-结合生成Ksp很小的Mg(OH)2沉淀，导致平衡右移，生成Mg(OH)2沉淀，而钙离子与碳酸根结合生成碳酸钙沉淀。

（3）根据表中数据可判断Li2CO3的溶解度随温度升高而减小，因此最后一个步骤中，用“热水洗涤”可以减少固体溶解而造成的损失。

（4）工业上，将Li2CO3粗品制备成高纯Li2CO3的部分工艺如下：

a.将Li2CO3溶于盐酸作电解槽的阳极液，LiOH溶液做阴极液，两者用离子选择透过膜隔开，用惰性电极电解。

b.电解后向LiOH溶液中加入少量NH4HCO3溶液并共热，过滤、烘干得高纯Li2CO3。

①电解池中阳极失去电子发生氧化反应，则a中阳极应该是溶液中的氯离子放电，电极反应式是2Cl-—2e-＝Cl2。

②阴极得到电子，则溶液中的氢离子放电。由于阴极氢离子放电，产生氢氧根离子，而锂离子向阴极移动，所以电解后，LiOH溶液浓度增大。根据原子守恒可判断LiOH溶液中加入少量NH4HCO3溶液并共热，除得到高纯Li2CO3外还有氨气和水生成，反应的化学方程式为2LiOH+NH4HCO3Li2CO3 +2H2O+NH3↑。

（5）磷酸亚铁锂电池总反应为：FePO4+LiLiFePO4，电池中的固体电解质可传导Li+试写出该

电池放电时相当于原电池，正极得到电子，发生还原反应。根据总的反应式可判断正极是磷酸铁得到电子，则正极反应为FePO4+Li++ e- ＝Li FePO4。若用该电池电解饱和食盐水(电解池电极均为惰性电极)当电解池两极共有4480mL气体（标准状况），物质的量是4.48L÷22.4L/mol＝0.2mol，其中氢气和氯气均是0.1mol。转移0.2mol电子。根据电子守恒可知消耗Li的物质的量是0.2mol，则该电池消耗锂的质量为0.2mol×7g/mol＝1.4g。

考点：考查物质制备工艺流程图的应该分析与应用及电化学原理的应用等