Question

9．碳酸鋰廣泛應用于陶瓷和醫(yī)藥等領域．以β鋰輝石（主要成分為Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂，含有少量能溶于酸的鐵的化合物和鎂的化合物）為原料制備Li₂CO₃的工藝流程如下：
提示信息：
①下列四種離子完全沉淀時溶液pH值如下表：

金屬離子	完全沉淀pH
Fe2+	9.7
Mg2+	12.4
Fe3+	3.2
Al3+	5.2

②Li₂SO₄、LiOH常溫下易溶于水，Li₂CO₃微溶于水．
回答下列問題：
（1）步驟Ⅰ前，β鋰輝石要粉碎成細顆粒的目的是增加樣品與H₂SO₄的接觸面積，加快化學反應速率．
（2）步驟Ⅰ中，酸浸后得到的酸性溶液中含有Li⁺、SO${\;}_{4}^{2-}$，另含有Al³⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Na⁺等雜質(zhì)，需在攪拌下加入石灰石（填“石灰石”“氯化鈣”或“稀硫酸”）以調(diào)節(jié)溶液的pH到6.0～6.5，可以除去的離子有Al³⁺、Fe³⁺，然后分離得到浸出液．
（3）步驟Ⅱ中，將適量的H₂O₂溶液、石灰乳和Na₂CO₃溶液依次加入浸出液中，可除去的雜質(zhì)金屬離子有Fe²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺．
（4）步驟Ⅲ中，生成沉淀的離子方程式為2Li⁺+CO₃^2-=Li₂CO₃↓．

Answer 1

分析 已知β-鋰輝石（主要成分為Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂）為原材料制備Li₂CO₃的工藝流程：Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂加硫酸，浸取，酸浸后得到的酸性溶液中含有Li⁺、SO₄^2-，另含有Al³⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Na⁺等雜質(zhì)，在在攪拌下加入石灰石調(diào)節(jié)pH，使Al³⁺、Fe³⁺轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀，過濾，再將適量的H₂O₂溶液、石灰乳和Na₂CO₃溶液依次加入浸出液中，F(xiàn)e²⁺被氧化為Fe³⁺，然后轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀，鎂離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鎂沉淀，鈣離子轉(zhuǎn)化為碳酸鈣沉淀，過濾的硫酸鋰溶液，再加飽和碳酸鈉溶液得到碳酸鋰沉淀，過濾得到碳酸鋰；
（1）從反應速率的角度來分析；
（2）抓住題目中的“酸性溶液”，“調(diào)節(jié)溶液的pH到6.0～6.5”，從所給試劑中選擇符合條件的藥品；
（3）H₂O₂是強氧化劑，可把Fe²⁺氧化成Fe³⁺，石灰乳和碳酸鈉都是沉淀劑，使溶液中的Fe²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺；
^_（4）分析Li₂SO₄、LiOH和Li₂CO₃在303K下的溶解度分別為34.2g、12.7g和1.3g可知，Li₂CO₃最易沉淀．

解答 解：已知β-鋰輝石（主要成分為Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂）為原材料制備Li₂CO₃的工藝流程：Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂加硫酸，浸取，酸浸后得到的酸性溶液中含有Li⁺、SO₄^2-，另含有Al³⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Na⁺等雜質(zhì)，在在攪拌下加入石灰石調(diào)節(jié)pH，使Al³⁺、Fe³⁺轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀，過濾，再將適量的H₂O₂溶液、石灰乳和Na₂CO₃溶液依次加入浸出液中，F(xiàn)e²⁺被氧化為Fe³⁺，然后轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀，鎂離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鎂沉淀，鈣離子轉(zhuǎn)化為碳酸鈣沉淀，過濾的硫酸鋰溶液，再加飽和碳酸鈉溶液得到碳酸鋰沉淀，過濾得到碳酸鋰，
（1）固體顆粒越小，化學反應速率越快，同時可使鋰元素盡可能多地溶解到酸中，故答案為：增加樣品與H₂SO₄的接觸面積，加快化學反應速率；
（2）已知Fe³⁺、Al³⁺、Fe²⁺和Mg²⁺以氫氧化物形式完全沉淀時，溶液的PH分別為3.2、4.7、9.0和11.1，在攪拌下加入石灰石以調(diào)節(jié)溶液的PH到6.0-6.5，則Fe³⁺、Al³⁺轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀，所以除去的離子為Al³⁺、Fe³⁺，故答案為：石灰石；Al³⁺；Fe³⁺；
（3）步驟Ⅱ中加入H₂O₂溶液，可將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，然后加入石灰乳可除去其中的Fe³⁺和Mg²⁺，再加入適量Na₂CO₃溶液可除去Ca²⁺．此時溶液中的離子主要有Li⁺、Na⁺、SO₄^2-，故答案為：Fe²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺；
（4）步驟Ⅲ加入飽和Na₂CO₃溶液后，主要使Li⁺轉(zhuǎn)化為Li₂CO₃沉淀，故答案為：2Li⁺+CO₃^2-=Li₂CO₃↓．

點評 本題考查了物質(zhì)分離提純實驗操作，涉及離子共存、離子方程式、氧化還原反應、物質(zhì)的鑒別與分離等，考查考生運用金屬元素的有關知識分析解決問題的能力，題目難度中等，以實驗探究的形式考查元素化合物的性質(zhì)將成為以后高考命題的新亮點．