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(xué)方程式_________________________;
(2)反應(yīng)Ⅱ加入碳酸鈣的作用是_______________;
(3)有同學(xué)認(rèn)為在反應(yīng)Ⅲ中只需加入碳酸鈉溶液也能達(dá)成該步驟的目的,請闡述你的觀點和理由  ____________;
(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(dāng)蒸發(fā)濃縮至________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___________。
(6)請設(shè)計一種從水洗后的礦泥中分離出Al2O3的流程:
(流程常用的表示方式為:

(1)2FeO+4H2SO4(濃)Fe2(SO4)3+SO2↑+4H2O
(2)除去反應(yīng)Ⅰ中過量的H2SO4;控制pH,使Fe3、Al3完全沉淀
(3)不能,鎂離子不能完全除去。
(4)晶體膜
(5)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)

試題分析:
(1)濃硫酸有氧化性,F(xiàn)eO有還原性,二者在加熱時會發(fā)生氧化還原反應(yīng)。根據(jù)質(zhì)量守恒定律和電子守恒可得該反應(yīng)的方程式為:2FeO+4H2SO4(濃) Fe2(SO4)3+SO2↑+4H2O。
(2)反應(yīng)Ⅱ加入碳酸鈣的作用是除去反應(yīng)Ⅰ中過量的剩余的H2SO4;調(diào)節(jié)溶液的pH,同時使Fe3、Al3完全轉(zhuǎn)化為沉淀而除去。
(3)在反應(yīng)Ⅲ中只需加入碳酸鈉溶液,因為其堿性是鹽水解產(chǎn)生的,堿性不如NaOH強,而且MgCO3的溶解度比Mg(OH)2大,不能很好的把Mg2+沉淀出去。因此不能達(dá)成該步驟的目的。
(4)加熱蒸發(fā)時,只要看到大量固體析出或者僅余少量液體時,停止加熱,利用余熱把固體蒸干。
(5)步驟③中電解時,陽極產(chǎn)生的氯氣中會混有少量氧氣,是因為在加熱蒸干LiCl溶液時,LiCl有少量發(fā)生水解反應(yīng)產(chǎn)生了LiOH混在LiCl中。LiOH受熱分解生成Li2O,電解時產(chǎn)生了O2。
(6)水洗后的礦泥中含有Fe2O3、Al2O3、SiO2.可以先加鹽酸把Fe2O3、Al2O3溶解變?yōu)镕eCl3、AlCl3,除去難溶的SiO2.然后向溶液中加入過量的NaOH溶液,發(fā)生反應(yīng):FeCl3+3NaOH=Fe(OH)3↓+3NaCl。AlCl3+4NaOH=NaAlO2+3NaCl+2H2O。把Fe(OH)3沉淀過濾除去,然后向濾液中通入過量的CO2氣體,發(fā)生反應(yīng)NaAlO2+ CO2+2H2O= Al(OH)3↓+NaHCO3.把Al(OH)3沉淀過濾出來洗滌干凈,然后灼燒既得Al2O3。另一種方法是把礦泥用NaOH溶液處理,可以得到NaAlO2和Na2SiO3溶液,而Fe2O3不溶,過濾除去。然后向濾液中加入過量的鹽酸發(fā)生反應(yīng)NaAlO2+4HCl= AlCl3+NaCl+2H2O。Na2SiO3+2HCl=H2SiO3↓+2NaCl。把硅酸沉淀過濾除去,再向濾液中通入過量的氨氣,發(fā)生反應(yīng)AlCl3+3NH3+3H2O= Al(OH)3↓+3NH4Cl。再把Al(OH)3沉淀過濾出來洗滌干凈,然后灼燒既得Al2O3。2O3的方法的知識。
練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中化學(xué) 來源:不詳 題型:單選題

下列除雜所用試劑和操作均合理的是   (  )。
選項
物質(zhì)(括號中為雜質(zhì))
除雜試劑
操作
A
淀粉(NaCl)

過濾
B
BaCO3(BaSO4)
飽和Na2CO3溶液
攪拌、過濾
C
乙酸乙酯(乙酸)
NaOH溶液
蒸餾
D
氯化氫(Cl2)
飽和食鹽水
洗氣
 

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科目:高中化學(xué) 來源:不詳 題型:填空題

藍(lán)銅礦主要含xCuCO3·yCu(OH)2,還含有少量Fe的化合物,工業(yè)上以藍(lán)銅礦為原料制備Cu、CaCO3和CuSO4.5H2O。具體方法步驟如下:

已知:
金屬離子
Fe3+
Fe2+
Cu2+
pH
氫氧化物開始沉淀
1.9
7.0
4.7
氫氧化物完全沉淀
3.2
9.0
6.7
 
(1)藍(lán)銅礦的主要成分與焦炭高溫條件可以生成銅、二氧化碳和水,寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式
                                                                     。
(2)從下列所給試劑中選擇:實驗步驟中試劑①為            (填代號)。
a.KMnO4     b.K2Cr2O7    c.H2O2      d.氯水
(3)在溶液B中加入CuO的作用是調(diào)節(jié)溶液pH,則pH的范圍為           
(4)由溶液C獲得CuSO4.5H2O,需要經(jīng)過加熱蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾等操作,加熱蒸發(fā)至         時停止加熱。
(5)制備CaCO3時,應(yīng)向CaCl2溶液中先通人(或加入)試劑②,則試劑②可以是            
(填代號);
a.氨水        b.鹽酸       c.水蒸氣      d.NaOH溶液
如果不加人試劑②,則CaCl2溶液不能與CO2反應(yīng)生成CaCO3,請依據(jù)難溶電解質(zhì)的沉淀溶解平衡原理分析可能的原因                                                                 。
(6)為確定試劑①的用量,需測定溶液A中Fe2+的濃度。實驗操作為:準(zhǔn)確量取20.00mL 溶液A于錐形瓶中,用0.01200 mol/L的酸性KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點,消耗KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液15.00 mL,則溶液A中Fe2+的濃度為                  

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科目:高中化學(xué) 來源:不詳 題型:實驗題

某研究性學(xué)習(xí)小組對還原鐵粉與水蒸氣的反應(yīng)產(chǎn)物進行科學(xué)探究。已知Ca(OH)2的分解溫度為580℃,鐵粉與水蒸氣反應(yīng)的溫度為900℃:根據(jù)下圖所示實驗裝置,進行了還原鐵粉與水蒸氣的反應(yīng)實驗,實驗中觀察到肥皂液中產(chǎn)生了大量的氣泡。

(1)實驗中Ca(OH)2的作用是            。實驗中產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物是       。
(2)為進一步探究還原鐵粉與水蒸氣反應(yīng)固體產(chǎn)物的成分,研究性學(xué)習(xí)小組將反應(yīng)后的固體經(jīng)處理后得到黑色氧化物固體,針對黑色氧化物固體,該小組提出如下的假設(shè)并進行了相關(guān)的實驗:
假設(shè)一:固體為FeO
假設(shè)二:固體為Fe3O4
假設(shè)三:                       
①限選用下列試劑:鹽酸、KSCN溶液、K3Fe(CN)6 溶液、氯水,證明假設(shè)一不成立
操作
現(xiàn)象
結(jié)論
 
 
假設(shè)一不成立
 
②為了進一步確定產(chǎn)物的成分,用黑色固體進行了下列實驗:

加入足量氯水所發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是                          ;檢驗紅褐色固體是否洗滌干凈的操作是                                            ;灼燒時盛放固體的儀器是         ;若假設(shè)二成立,黑色固體最終全部轉(zhuǎn)化成的紅棕色粉末的質(zhì)量是     g

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科目:高中化學(xué) 來源:不詳 題型:填空題

氯堿工業(yè)是最基本的化學(xué)工業(yè)之一,它的產(chǎn)品應(yīng)用廣泛。請回答下列問題:
(1)氯堿工業(yè)是利用電解食鹽水生產(chǎn)             為基礎(chǔ)的工業(yè)體系。
(2)電解前,為除去食鹽水中的Mg2+、Ca2+、SO42-等雜質(zhì)離子,加入下列試劑的順序合理的是   (填下列各項中序號)。
a、碳酸鈉、氫氧化鈉、氯化鋇    b、碳酸鈉、氯化鋇、氫氧化鈉
c、氫氧化鈉、碳酸鈉、氯化鋇    d、氯化鋇、氫氧化鈉、碳酸鈉
(3)“鹽泥”是電解食鹽水過程中形成的工業(yè)“廢料”。某工廠的鹽泥組成如下:
成分
NaCl
Mg(OH)2
CaCO3
BaSO4
其他不溶物
質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%)
15~20
15~20
5~10
30~40
10~15
 
利用鹽泥生產(chǎn)MgSO4·7H2O晶體的工藝流程如下圖所示。

回答下列問題:
①酸洗過程中加入的酸為   ,加入的酸應(yīng)適當(dāng)過量,控制pH為5左右,反應(yīng)溫度在50℃左右。持續(xù)攪拌使之充分反應(yīng),以使Mg(OH)2充分溶解并轉(zhuǎn)化為MgSO4,在此過程中同時生成CaSO4。其中碳酸鈣可以轉(zhuǎn)化為硫酸鈣的原因是                    。
②過濾所得濾渣的主要成分為                      。
③根據(jù)圖分析,蒸發(fā)結(jié)晶過濾所得晶體A主要成分為              。

④真空干燥MgSO4·7H2O晶體的原因是                   。

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科目:高中化學(xué) 來源:不詳 題型:實驗題

Na2SO3、SO2是中學(xué)常見的物質(zhì)。
(1)某同學(xué)用下圖示裝置制取干燥純凈的SO2。

寫出制取SO2氣體的化學(xué)方程式          。請指出D裝置中的錯誤       。若實驗過程中不慎在皮膚上沾少量濃硫酸,處理的方法是           
(2)向燒堿和Na2SO3的混合溶液中加入少量溴水,振蕩后溶液變?yōu)闊o色。反應(yīng)后的溶液中含有大量的SO32-、SO42-、Br-、OH-等陰離子,請?zhí)顚戣b定其中SO32-、SO42-和Br-的實驗報告。限選試劑:2 mol/LHCl,1 mol/L H2SO4,l mol/LBaCl2,l mol/LBa(NO3)2,0.1 mol/LAgNO3,CCl4,新制飽和溴水,新制飽和氯水。
編號
實驗操作
預(yù)期現(xiàn)象和結(jié)論
步驟①
在試管A中加入少量待測液,加入足量氯水,再加入四氯化碳,振蕩,靜置后觀察顏色。
                    ,證明待測液中含Br-。
步驟②
在試管B中加入少量待測液,                                     
                                     
                                     
有白色沉淀生成,
證明待測液中含SO42-。
步驟③
在試管C中加入少量待測液,滴加2 mol/LHCl至溶液呈酸性,加入幾滴______(填試劑),振蕩。
                    ,
證明待測液中含SO32-。
 

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科目:高中化學(xué) 來源:不詳 題型:單選題

在氯堿工業(yè)中,原料鹽中的雜質(zhì)離子危害很高,能破壞離子膜,以下對Ca2、Mg2、Fe3、SO42除去順序不合理的是         (  )。
A.BaCl2、NaOH、Na2CO3
B.BaCl2、Na2CO3、NaOH
C.NaOH、BaCl2、Na2CO3
D.Na2CO3、BaCl2、NaOH

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科目:高中化學(xué) 來源:不詳 題型:單選題

除去下列括號內(nèi)雜質(zhì)的試劑或方法錯誤的是    (  )
A.HNO3溶液(H2SO4),適量BaCl2溶液,過濾
B.CO2(SO2),酸性KMnO4溶液、濃硫酸,洗氣
C.KNO3晶體(NaCl),蒸餾水,結(jié)晶
D.C2H5OH(CH3COOH),加足量CaO,蒸餾

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科目:高中化學(xué) 來源:不詳 題型:實驗題

(13分)某研究性學(xué)習(xí)小組欲探究Na2CO3溶液與MgCl2溶液反應(yīng)產(chǎn)生白色沉淀的成分,小組成員做如下實驗

(1)若按所得的結(jié)論分析,甲觀察到的實驗現(xiàn)象是___________________________。
(2)在探究沉淀物成分前,甲、乙都將沉淀物從溶液中分離出來,洗滌并干燥。同學(xué)丙認(rèn)為他們并未將沉淀洗滌干凈,請用簡單的實驗證明丙的觀點。
(3)同學(xué)丁認(rèn)為甲結(jié)論不合理,理由是Ksp(MgCO3)___Ksp [Mg(OH)2](選填“<”或“>”),所以沉淀物未必是MgCO3。經(jīng)查閱資料得知:該白色沉淀的組成應(yīng)為Mgx(OH)y(CO3)z·nH2O。為確定沉
淀物的具體組成,他設(shè)計下圖裝置進行實驗(所有夾持裝置已省略)。

(4)請將丁設(shè)計的實驗步驟補充完整:
①檢查裝置氣密性;
②先裝入藥品,并稱量相關(guān)裝置的質(zhì)量,后連接各裝置;
③________________________________________________________;
④停止加熱,持續(xù)通入空氣直至實驗結(jié)束,再次稱量步驟②中相關(guān)裝置的質(zhì)量。
(5)裝置E中堿石灰的作用是_________________________________________________。
三次實驗所得數(shù)據(jù)如下:(部分?jǐn)?shù)據(jù)已換算為相應(yīng)的物質(zhì)的量)
  
(6)分析實驗數(shù)據(jù)可知,第_________組出現(xiàn)誤差較大的數(shù)據(jù),應(yīng)舍去。由實驗數(shù)據(jù)計算
得該白色沉淀物的組成為___________(選填序號)。
a.Mg2(OH)2CO3·3H2O       b.Mg(OH)2(CO3)2·3H2O
c.Mg4(OH)2(CO3)3·3H2O    d.Mg5(OH)4(CO3)3·2H2O

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同步練習(xí)冊答案