Question

(14分)锂及锂盐具有的优异性能和特殊功能，在化工、电子、宇航、核能、能源等领域都得到广泛应用；锂元素更是被誉为“能源元素”。

Ⅰ 锂的原子结构示意图为      ；锂暴露在湿空气中时，会迅速地失去金属光泽、表面开始变黑，更长时间则变成白色。生成的化合物是氮化锂、氢氧化锂，最终生成碳酸锂。写出生成氮化锂的化学方程式           。锂在空气中燃烧，发出浅蓝色的火焰，放出浓厚的白烟，生成相应氧化物      _____（填化学式）。

Ⅱ 下面是从锂辉石（Li₂O·Al₂O₃·SiO₂）中提出锂的工业流程示意图。

① 高温煅烧时的反应原理为：Li₂O∙Al₂O₃∙SiO₂+K₂SO₄= K₂O∙Al₂O₃∙SiO₂+Li₂SO₄；

Li₂O∙Al₂O₃∙SiO₂+Na₂SO₄= Na₂O∙Al₂O₃∙SiO₂+Li₂SO₄。

②锂离子浸取液中含有的金属离子为：K⁺、Na⁺、Li⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Al³⁺、Mn²⁺ 。

③几种金属离子沉淀完全的pH

金属离子	Al(OH)3	Fe(OH)2	Fe(OH)3	Mn(OH)2
沉淀完全的pH	4.7	9.0	3.2	10.1

④Li₂SO₄、Li₂CO₃在不同温度下的溶解度（g / 100g水）

温度 溶解度	10	20	50	80
Li2SO4	35.4	34.7	33.1	31.7
Li2CO3	1.43	1.33	1.08	0.85

（1）浸取时使用冷水的原因是                                  。

（2）滤渣2的主要成分为             。

（3）流程中分2次调节pH（pH7～8和pH > 13），有研究者尝试只加一次浓NaOH溶液使pH > 13，结果发现在加饱和碳酸钠溶液沉锂后，随着放置时间延长，白色沉淀增加，最后得到的Li₂CO₃产品中杂质增多。Li₂CO₃产品中的杂质可能是             ，用离子方程式表示其产生的原因                     。

（4）加热浓缩的作用是                                 。

（5）洗涤Li₂CO₃晶体使用             。

Answer

（14分）Ⅰ． 6Li + N2 = 2Li3N Li2O （4分）

Ⅱ.（1）Li2SO4的溶解度随温度升高而减少，用冷水浸取可以提高浸取率。 （2分）

（2）Al(OH)3、Fe(OH)3 （2分）

（3）Al(OH)3 （1分）Al3+ + 4OH- = AlO2- + 2H2O 2AlO2- + CO2 + 3H2O = 2Al(OH)3↓+ CO32- （2分）

（4）提高Li+ 浓度和溶液温度，使得Li2CO3容易成淀。（2分）

（5）热水（1分）

【解析】

试题分析：Ⅰ．3号元素锂的原子核外电子排布式是2、1，所以其结构示意图为；Li与氮气发生反应，形成Li3N，反应的方程式是：6Li + N2 = 2Li3N；锂在空气中燃烧，发出浅蓝色的火焰，放出浓厚的白烟，生成相应氧化物是Li2O；Ⅱ．（1）根据表格的数据可知:Li2SO4的溶解度随温度升高而减少，浸取时使用冷水可以提高浸取率。（2）用NaOH浓溶液处理浸取液，根据物质形成沉淀的pH可知，产生滤渣2的主要成分为Al(OH)3、Fe(OH)3；（3）流程中分2次调节pH（pH7～8和pH > 13），有研究者尝试只加一次浓NaOH溶液使pH > 13，Al3+与溶液中过量的OH-发生反应：Al3+ + 4OH- = AlO2- + 2H2O，留在滤液中，当在加饱和碳酸钠溶液沉锂后，随着放置时间延长，空气中CO2在溶液中溶解，会继续发生反应：2AlO2- + CO2 + 3H2O = 2Al(OH)3↓+ CO32-，又形成了Al(OH)3沉淀，使白色沉淀增加，所以最后得到的Li2CO3产品中杂质增多。Li2CO3产品中的杂质可能是Al(OH)3。（4）加热浓缩的作用是提高Li+ 浓度和溶液温度，使得Li2CO3容易成淀。（5）由于Li2CO3的溶解度随温度的升高而降低，所以为了减少损失，洗涤Li2CO3晶体使用热水洗涤。

考点：考查原子结构、物质的化学性质及物质制备工艺流程的知识。