Question

3．鋰被譽為“金屬味精”，以LiCoO₂為正極材料的鋰離子電池已被廣泛用作便攜式電源．工業(yè)上常以β鋰輝礦（主要成分為LiAlSi₂O₆，還含有FeO、MgO、CaO等雜質(zhì)）為原料來制取金屬鋰．其中一種工藝流程如下：
已知：部分金屬氫氧化物開始沉淀和完全沉淀時的pH：

氫氧化物	Fe（OH）3	Al（OH）3	Mg（OH）2
開始沉淀pH	2.7	3.7	9.6
完全沉淀pH	3.7	4.7	11

請回答下列問題：
（1）寫出反應(yīng)Ⅰ中有電子轉(zhuǎn)移的化學方程式2FeO+4H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+SO₂↑+H₂O；
（2）反應(yīng)Ⅱ加入碳酸鈣的作用是除去反應(yīng)Ⅰ中過量的H₂SO₄，控制pH，使Fe³⁺、Al³⁺完全沉淀；
（3）有同學認為在反應(yīng)Ⅲ中只需加入碳酸鈉溶液也能達成該步驟的目的，請闡述你的觀點和理由不能，離子不能完全除去；
（4）上述流程蒸發(fā)濃縮環(huán)節(jié)，若在實驗室進行該操作，當蒸發(fā)濃縮至晶體膜出現(xiàn)時，就可停止該操作．
（5）Li與Mg、Be與Al、B與Si這三對元素在周期表中處于對角線位置，相應(yīng)的兩元素及其化合物的性質(zhì)有許多相似之處．這種相似性稱為對角線規(guī)則．步驟③中電解時，陽極產(chǎn)生的氯氣中會混有少量氧氣，原因是加熱蒸干LiCl溶液時，LiCl有少量水解生成LiOH，受熱分解生成Li₂O，電解時產(chǎn)生O₂．
（6）請設(shè)計一種從水洗后的礦泥中分離出Al₂O₃的流程：礦泥$→_{過濾}^{足量NaOH}$濾液$\stackrel{足量二氧化碳}{→}$氫氧化鋁$\stackrel{△}{→}$Al₂O₃（流程常用的表示方式為：A$→_{實驗操作}^{反應(yīng)試劑}$B…$→_{實驗操作}^{反應(yīng)試劑}$目標產(chǎn)物）．

Answer 1

分析 β-鋰輝礦（主要成分為LiAlSi₂O₆，還含有FeO、MgO、CaO等雜質(zhì)）為原料來制取金屬鋰，加入過量濃硫酸溶解β-鋰輝礦，加入碳酸鈣除去過量的硫酸調(diào)節(jié)溶液pH=5，使鐵離子和鋁離子沉淀完全，加入水洗過濾洗去礦泥，然后加入氫氧化鈣和碳酸鈉沉淀鎂離子和鈣離子，過濾得到溶液中主要是鋰離子的溶液，蒸發(fā)濃縮，加入碳酸鈉沉淀鋰離子生成碳酸鋰，洗滌后加入鹽酸溶解得到純凈的氯化鋰溶液，加熱蒸干得到氯化鋰，電解熔融氯化鋰得到金屬鋰，以此來解答．

解答 解：β-鋰輝礦（主要成分為LiAlSi₂O₆，還含有FeO、MgO、CaO等雜質(zhì)）為原料來制取金屬鋰，加入過量濃硫酸溶解β-鋰輝礦，加入碳酸鈣除去過量的硫酸調(diào)節(jié)溶液PH=5，使鐵離子和鋁離子沉淀完全，加入水洗過濾洗去礦泥，然后加入氫氧化鈣和碳酸鈉沉淀鎂離子和鈣離子，過濾得到溶液中主要是鋰離子的溶液，蒸發(fā)濃縮，加入碳酸鈉沉淀鋰離子生成碳酸鋰，洗滌后加入鹽酸溶解得到純凈的氯化鋰溶液，加熱蒸干得到氯化鋰，電解熔融氯化鋰得到金屬鋰，
（1）I中有電子轉(zhuǎn)移的化學方程式為2FeO+4H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+SO₂↑+H₂O，故答案為：2FeO+4H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+SO₂↑+H₂O；
（2）反應(yīng)Ⅱ加入碳酸鈣的作用是除去反應(yīng)Ⅰ中過量的H₂SO₄，控制pH，使Fe³⁺、Al³⁺完全沉淀，故答案為：除去反應(yīng)Ⅰ中過量的H₂SO₄，控制pH，使Fe³⁺、Al³⁺完全沉淀；
（3）反應(yīng)Ⅲ中只需加入碳酸鈉溶液不能達成該步驟的目的，是因鎂離子不能完全除去，故答案為：不能，離子不能完全除去；
（4）蒸發(fā)當蒸發(fā)濃縮至晶體膜出現(xiàn)時，就可停止該操作，利用余熱加熱，故答案為：晶體膜；
（5）步驟③中電解時，陽極產(chǎn)生的氯氣中會混有少量氧氣，原因是加熱蒸干LiCl溶液時，LiCl有少量水解生成LiOH，受熱分解生成Li₂O，電解時產(chǎn)生O₂，
故答案為：加熱蒸干LiCl溶液時，LiCl有少量水解生成LiOH，受熱分解生成Li₂O，電解時產(chǎn)生O₂；
（6）從水洗后的礦泥中分離出Al₂O₃的流程為礦泥$→_{過濾}^{足量NaOH}$濾液$\stackrel{足量二氧化碳}{→}$氫氧化鋁$\stackrel{△}{→}$Al₂O₃，
故答案為：礦泥$→_{過濾}^{足量NaOH}$濾液$\stackrel{足量二氧化碳}{→}$氫氧化鋁$\stackrel{△}{→}$Al₂O₃．

點評 本題考查物質(zhì)制備實驗實驗的設(shè)計，為高頻考點，把握流程中的反應(yīng)及混合物分離提純方法為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與實驗?zāi)芰Φ目疾�，題目難度中等．