Question

工业上以锂辉石为原料生产碳酸锂的部分工业流程如下：

已知：①锂辉石的主要成分为Li₂O·Al₂O₃·4SiO₂，其中含少量Ca、Mg元素。

②Li₂O·Al₂O₃·4SiO₂ + H₂SO₄(浓) Li₂SO₄ + Al₂O₃·4SiO₂·H₂O

③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Ⅰ中分离出Al₂O₃的流程如下图所示。请写出生成沉淀的离子方程式______。

（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：__________________。

Answer

Al3+ + 3NH3H2O == Al(OH)3 ↓+ 3NH4+ 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 Li2CO3的溶解度随温度升高而减小 2Cl-—2e-==Cl2 阴极氢离子放电，锂离子向阴极移动 LiOH+NH4HCO3Li2CO3 +2H2O+NH3 ↑ FePO4+Li++ e- = LiFePO4

【解析】

本题考查化学化学工艺流程，（1）根据流程，生成沉淀，需要加入过量试剂a，因为Al(OH)3溶于强碱，不溶于弱碱，因此试剂a为NH3·H2O，发生的离子反应方程式为Al3＋＋3NH3·H2O=Al(OH)3↓＋3NH4＋；（2）石灰乳中存在Ca(OH)2 Ca2＋＋2OH－，Ca(OH)2属于微溶物，Mg(OH)2属于难溶物，Mg2＋结合Ca(OH)2电离产生的OH－生成更难溶的Mg(OH)2，使平衡向右移动，生成氢氧化镁沉淀；（3）根据流程图，制备Li2CO3，根据信息③中溶解度，Li2CO3溶解度随着温度的升高而降低，因此热水洗涤的目的是减少Li2CO3的损失；（4）①根据电解原理，阳极上应是阴离子放电，因此电极反应式为2Cl－－2e－=Cl2↑；②根据电解原理，阴极反应式为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，阳离子向阴极移动，因此LiOH浓度增大；根据b提供信息，HCO3－与OH－反应生成CO32－和H2O，碳酸锂溶解度较小，因此生成碳酸锂的化学反应方程式为：2LiOH+NH4HCO3Li2CO3 +2H2O+NH3 ↑；（5）根据原电池的工作原理，正极上发生还原反应，得到电子，因此FePO4在正极上发生反应，即正极反应式为FePO4＋Li＋＋e－=LiFePO4。