Question

锂辉石是我国重要的锂资源之一，其主要成分为 Li₂O、SiO₂、Al₂O₃ 以及含有少量 Na⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺等金属离子。工业上用锂辉石制备金属锂的工艺流程如下：

已知：①部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的 pH 见下表：

沉淀物	Al(OH)3	Fe(OH)2	Fe(OH)3	Ca(OH)2	Mg(OH)2
完全沉淀的pH	5.2	9.6	3.2	13.1	10.9

②常温下，Ksp(Li₂CO₃)= 2.0×10^-3。Li₂CO₃ 在水中溶解度随着温度升高而减小。

③有水存在时，LiCl 受热可发生水解。

回答下列问题：

(1)为提高“酸浸”速率，上述流程中采取的措施有_____。

(2)滤渣 I 的主要成分是_____。滤渣 II 的主要成分是 Fe(OH)₃、Al(OH)₃。“氧化” 和“除杂”步骤主要除去的离子有_________。

(3) “沉锂”过程中发生反应的离子方程式是_____。用热水洗涤 Li₂CO₃ 固体，而不用冷水洗涤，其原因是_____。

(4)设计简单的实验方案实现由过程 a 制取固体 LiCl：_____。

(5)工业上实现过程 b 常用的方法是_____。

(6)Li 可用于制备重要还原剂四氢铝锂（LiAlH₄）。在有机合成中，还原剂的还原能力常用“有效氢”表示，其含义为 1克还原剂相当于多少克 H₂ 的还原能力。LiAlH₄ 的“ 有效氢”为_____（保留 2 位小数）。

Answer

将矿石粉粹成矿粉，使用较浓的硫酸 SiO2 Fe2+、Ca2+、Mg2+ 2Li+ + CO32- = Li 2CO3↓ Li2CO3 在水中溶解度随着温度升高而减小，用热水洗涤可降低其溶解度，减少损耗 用足量盐酸溶解，在 HCl 气流中蒸干 电解法 0.21

【解析】

矿粉的主要成分为 Li2O、SiO2、Al2O3 以及含有少量 Na+、Fe2+、Fe3+、Ca2+、Mg2+等金属离子，加入95%的浓硫酸进行酸浸，只有SiO2不溶而成为滤渣I，滤液中加入CaCO3调pH，此时Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀，Al3+转化为Al(OH)3沉淀，此为滤渣II的主要成分；加入H2O2将Fe2+氧化为Fe3+，再加入石灰乳、Na2CO3溶液，Fe3+、Ca2+、Mg2+转化为沉淀，成为滤渣Ⅲ的主要成分。此时所得滤液中的阳离子主要为Li+、Na+等，蒸发浓缩、加入饱和Na2CO3溶液，Li+转化为Li2CO3沉淀，再用盐酸溶解并在HCl气流中蒸干，即可获得无水LiCl，再熔融电解即可得到Li。

(1)为提高“酸浸”速率，可增大接触面积、升温、适当增大浓度、不断搅拌等，因此上述流程中采取的措施有将矿石粉粹成矿粉，使用较浓的硫酸。答案为：将矿石粉粹成矿粉，使用较浓的硫酸；

(2)加入硫酸溶解，只有SiO2不溶，所以滤渣 I 的主要成分是SiO2。滤渣 II 的主要成分是 Fe(OH)3、Al(OH)3。“氧化”时，将Fe2+转化为Fe3+，“除杂”时，将Ca2+、Mg2+转化为沉淀，所以步骤主要除去的离子有Fe2+、Ca2+、Mg2+。答案为：SiO2；Fe2+、Ca2+、Mg2+；

(3) “沉锂”过程中Li+与CO32-反应生成Li 2CO3沉淀，发生反应的离子方程式是2Li+ + CO32- = Li 2CO3↓。因为Li2CO3 在水中溶解度随着温度升高而减小，所以用热水洗涤 Li2CO3 固体，而不用冷水洗涤，其原因是Li2CO3 在水中溶解度随着温度升高而减小，用热水洗涤可降低其溶解度，减少损耗。答案为：2Li+ + CO32- = Li 2CO3↓；Li2CO3 在水中溶解度随着温度升高而减小，用热水洗涤可降低其溶解度，减少损耗；

(4)将Li 2CO3转化为LiCl，则需加入盐酸，同时防止Li+大量水解，简单的实验方案为：用足量盐酸溶解，在 HCl 气流中蒸干。答案为：用足量盐酸溶解，在 HCl 气流中蒸干；

(5)由LiCl制Li，可采用熔融电解的方法，所以工业上实现过程 b 常用的方法是电解法。答案为：电解法；

(6)在LiAlH4中，H显-1价，作还原剂后，失电子转化为H+，由此可得出LiAlH4与H2关系为：LiAlH4—8e-—4H2，LiAlH4的“有效氢”为=0.21。答案为：0.21。