問題詳情:
工業上以鋰輝石(Li2O•Al2O3•4SiO2,含少量Ca,Mg元素)為原料生產碳*鋰.其部分工業流程如圖:
已知:①Li2O•Al2O3•4SiO2+H2SO4(濃)Li2SO4+Al2O3•4SiO2•H2O
②某些物質的溶解度(S)如表所示.
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)從濾渣1中分離出Al2O3部分的流程如圖2所示,括號表示加入的試劑,方框表示所得的物質.則步驟Ⅱ中反應的離子方程式是
請寫出Al2O3和Na2CO3固體在高温下反應的化學方程式 .
(2)已知濾渣2的主要成分有Mg(OH)2和CaCO3.向濾液1中加入石灰乳的作用是(運用化學平衡原理簡述) .
(3)最後一個步驟中,用“熱水洗滌”的原因是 .
(4)工業上,將Li2CO3粗品製備成高純Li2CO3的部分工藝如下:
a.將Li2CO3溶於鹽*作電解槽的陽極液,LiOH溶液做*極液,兩者用離子選擇透過膜隔開,用惰*電極電解.
b.電解後向LiOH溶液中加入少量NH4HCO3溶液並共熱,過濾、烘乾得高純Li2CO3.
①a中,陽極的電極反應式是 .
②b中,生成Li2CO3反應的化學方程式是
【回答】
【考點】物質分離和提純的方法和基本*作綜合應用.
【分析】鋰輝石(Li2O•Al2O3•4SiO2,含少量Ca,Mg元素)經過研磨、加熱、*化得到可溶*的硫*鋰、硫*鋁和不溶的二氧化硅,經過過濾,得到濾渣1二氧化硅,濾液1經過調節PH值,使溶液得到濾液2Mg(OH)2和CaCO3.向濾液1中加入石灰乳以增加Ca2+、OH﹣的濃度,使Mg(OH)2、CaCO3更利於析出,以便形成濾渣2,熱水洗滌Li2CO3的溶解度隨温度升高而減小,可減少Li2CO3的損失,得到最終產物碳*鋰,
(1)步驟Ⅱ中鋁離子與氨水反應生成*氧化鋁沉澱,*氧化鋁不能溶解於弱鹼溶液氨水中,氧化鋁和碳**在高温下反應生成偏鋁**和二氧化碳;
(2)石灰乳是*氧化鈣,提供*氧根離子和鈣離子,更完全的沉澱鎂離子和碳*根離子;
(3)依據圖表分析可知碳*鋰溶解度隨 温度升高減小;
(4)①Li2CO3溶於鹽*作電解槽的陽極液,陽極液中離子失電子,發生氧化反應,所以陽極反應為2C1﹣﹣2e﹣=Cl2↑,*極反應為2H++2e﹣=H2↑.離子選擇透過膜只允許陽離子通過,電解過程中,Li+向*極移動,而*極電解後富餘大量的OH﹣,陽極的Li+通過離子選擇透過膜到*極,這樣*極就得到比較純淨的LiOH.
②電解後向LiOH溶液中加入過量NH4HCO3溶液,*氧化鋰與碳**銨反應生成碳*鋰.
【解答】解:鋰輝石(Li2O•Al2O3•4SiO2,含少量Ca,Mg元素)經過研磨、加熱、*化得到可溶*的硫*鋰、硫*鋁和不溶的二氧化硅,經過過濾,得到濾渣1二氧化硅,濾液1經過調節PH值,使溶液得到濾液2Mg(OH)2和CaCO3.向濾液1中加入石灰乳以增加Ca2+、OH﹣的濃度,使Mg(OH)2、CaCO3更利於析出,以便形成濾渣2,熱水洗滌Li2CO3的溶解度隨温度升高而減小,可減少Li2CO3的損失,得到最終產物碳*鋰,
(1)鋁離子生成*氧化鋁的反應,*氧化鋁不能溶解於弱鹼溶液氨水中,反應離子方程式為:Al3++3NH3•H2O=Al(OH)3↓+3NH4+;
氧化鋁和碳**在高温下反應生成偏鋁**和二氧化碳,反應的化學方程式為Al2O3+Na2CO32NaAlO2+CO2,
故*為:Al3++3NH3•H2O=Al(OH)3↓+3NH4+;Al2O3+Na2CO32NaAlO2+CO2;
(2)石灰乳是*氧化鈣,提供*氧根離子和鈣離子,根據反應Ca(OH)2⇌Ca2++2OH﹣可知,Mg2+與OH﹣結合生成Ksp很小的Mg(OH)2沉澱,導致平衡右移,生成Mg(OH)2沉澱,
故*為:Ca(OH)2⇌Ca2++2OH﹣,Mg2+與OH﹣結合生成Ksp很小的Mg(OH)2沉澱,導致平衡右移,生成Mg(OH)2沉澱;
(3)向濾液2中加入飽和Na2CO3溶液,過濾後,用“熱水洗滌”,圖表中碳*鋰溶解度隨温度升高減小,減少沉澱的損失,
故*為:減少Li2CO3的損失;
(4)①Li2CO3溶於鹽*作電解槽的陽極液,陽極液中*離子失電子,發生氧化反應,所以陽極反應為:2C1﹣﹣2e﹣=Cl2↑,
故*為:2C1﹣﹣2e﹣=Cl2↑;
②電解後向LiOH溶液中加入過量NH4HCO3溶液,*氧化鋰與碳**銨反應生成碳*鋰的方程式為:2LiOH+NH4HCO3Li2CO3+NH3+2H2O,
故*為:2LiOH+NH4HCO3Li2CO3+NH3+2H2O.
知識點:金屬元素的單質及其化合物
題型:綜合題