Question

以含锂电解铝废渣(主要含 AlF₃、 NaF、LiF、CaO ) 和浓硫酸为原料，制备电池级碳酸锂，同时得副产品冰晶石，其工艺流程如下：

已知LiOH易溶于水，Li₂CO₃微溶于水。回答下列问题：

(1)电解铝废渣与浓硫酸反应产生的气体化学式为 ___________。滤渣2的主要成分是(写化学式)_________。

(2)碱解反应中， 同时得到气体和沉淀反应的离子方程式为_____________。

(3)一般地说 K＞10⁵ 时，该反应进行得就基本完全了。苛化反应中存在如下平衡：Li₂CO₃(s)+Ca²⁺(aq)⇌2Li⁺(aq)+ CaCO₃(s)通过计算说明该反应是否进行完全________(已知K_sp(Li₂CO₃) = 8.64×10^-4、K_sp(CaCO₃) = 2.5×10^-9)。

(4)碳化反应后的溶液得到Li₂CO₃的具体实验操作有：加热浓缩、______、______、干燥。

(5)上述流程得到副产品冰晶石的化学方程式为__________。

(6)Li₂CO₃是制备金属锂的重要原料， 一种制备金属锂的新方法获得国家发明专利，其装置如图所示：

工作时电极 C 应连接电源的______极，阳极的电极反应式为__________ 。该方法设计的 A 区能避免熔融碳酸锂对设备的腐蚀和因________逸出对环境的污染。

Answer

HF CaCO3、Al(OH)3 2Al3+＋3CO32-＋3H2O=2Al(OH)3↓＋3CO2↑ 该反应的 K＝3.5×105，可以认为该反应进行完全 冷却结晶 过滤洗涤 6HF＋Na2SO4＋NaAlO2=Na3AlF6＋H2SO4＋2H2O 负 2Cl--2e-=Cl2↑ 氯气

【解析】

含锂电解铝废渣主要成分为LiF、AlF3、NaF，少量CaO等，加入浓硫酸生成的气体为HF，浸取后过滤分离出滤渣为CaSO4，滤液中加碳酸钠发生2Al3++3CO32-+3H2O＝2Al（OH）3↓+3CO2↑、2Li++CO32-=Li2CO3，气体为二氧化碳，过滤分离出滤液含硫酸钠，分离出氢氧化铝、Li2CO3，再加CaO、苛化反应将不溶性的碳酸锂转化成氢氧化锂溶液，过滤分离出滤渣2含碳酸钙，碳化时LiOH与二氧化碳反应生成Li2CO3，二氧化碳在流程中可循环使用，以此来解答。

（1）根据上述分析，废渣与浓硫酸反应产生的气体化学式为HF，根据上述分析，滤渣2的主要成分是CaCO3、Al(OH)3，故答案为：HF；CaCO3、Al(OH)3；

（2）碱解反应中，同时得到气体和沉淀反应是铝离子与碳酸根离子的双水解反应，离子方程式为：2Al3+＋3CO32-＋3H2O=2Al(OH)3↓＋3CO2↑，故答案为：2Al3+＋3CO32-＋3H2O=2Al(OH)3↓＋3CO2↑；

（3）Li2CO3(s)+Ca2+(aq)⇌2Li+(aq)+ CaCO3(s)的＞105，可以认为该反应进行完全，故答案为：该反应的 K＝3.5×105，可以认为该反应进行完全；

（4）碳化反应后的溶液得到Li2CO3的具体实验操作有：加热浓缩、冷却结晶、过滤洗涤、干燥，故答案为：冷却结晶、过滤洗涤；

（5）根据流程图知，反应物为HF、Na2SO4、NaAlO2，生成物为Na3AlF6，根据原子守恒及反应原理书写方程式为：6HF＋Na2SO4＋NaAlO2=Na3AlF6＋H2SO4＋2H2O，故答案为：6HF＋Na2SO4＋NaAlO2=Na3AlF6＋H2SO4＋2H2O；

（6）根据图示C极有Li生成，电极反应为：Li++ e-=Li，则C为阴极，发生还原反应，应连接电源的负极；阳极发生氧化反应，根据图示阳极有氯气生成，则电极反应式为：2Cl--2e-=Cl2↑；根据图示分析，该方法设计的 A 区能用熔融的碳酸锂吸收产生的氯气，防止氯气对还原产生污染，故答案为：负； 2Cl--2e-=Cl2↑；氯气。