Question

6．碳酸鋰廣泛應(yīng)用于陶瓷和醫(yī)藥等領(lǐng)域，以β-鋰輝石（主要成分為L(zhǎng)i₂O•Al₂O₃•4SiO₂）為原材料制備Li₂CO₃的工藝流程如下：
已知：Fe³⁺、Al³⁺、Fe²⁺和Mg²⁺以氫氧化物形式完全沉淀時(shí)，溶液的pH分別為3.2、5.2、9.7和12.4；Li₂SO₄、LiOH和Li₂CO₃在303K下的溶解度分別為34.2g、12.7g和1.3g．
（1）步驟Ⅰ前，β-鋰輝石要粉碎成細(xì)顆粒的目的是增大固液接觸面積，加快浸出反應(yīng)速率，提高浸出率
（2）步驟Ⅰ中，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)，需在攪拌下加入石灰石（填“石灰石”、“氧化鈣”或“稀硫酸”）以調(diào)節(jié)溶液的pH到6.0-6.5，沉淀部分雜質(zhì)離子，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⁺．H₂O₂發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O
（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L(zhǎng)i₂O•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(guò)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(guò)濾的硫酸鋰溶液，再加飽和碳酸鈉溶液得到碳酸鋰沉淀，過(guò)濾得到碳酸鋰，
（1）從反應(yīng)速率的角度來(lái)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(qiáng)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⁺沉淀；
^_（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L(zhǎng)i₂O•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(guò)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(guò)濾的硫酸鋰溶液，再加飽和碳酸鈉溶液得到碳酸鋰沉淀，過(guò)濾得到碳酸鋰，
（1）固體顆粒越小，化學(xué)反應(yīng)速率越快，同時(shí)可使鋰元素盡可能多地溶解到酸中，
故答案為：增大固液接觸面積，加快浸出反應(yīng)速率，提高浸出率；
（2）所給三種物質(zhì)中，只有CaCO₃能夠降低溶液的酸度，提高溶液的pH到6.0～6.5，可除去Fe³⁺、Al³⁺，
故答案為：石灰石；
（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(shí)溶液中的離子主要有Li⁺、Na⁺、SO₄^2-，H₂O₂發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+2 H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：Fe²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺；2Fe²⁺+H₂O₂+2 H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（4）步驟Ⅲ加入飽和Na₂CO₃溶液后，主要使Li⁺轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)i₂CO₃沉淀，
故答案為：2Li⁺+CO₃^2-=Li₂CO₃↓．

點(diǎn)評(píng) 鈉、鋁、鐵、銅及其化合物是日常生活中非常重要的物質(zhì)，特別是鋁、鐵在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有極其重要的地位．命題的重點(diǎn)將是鈉及其化合物（特別是Na₂O₂、Na₂CO₃、NaHCO₃）的性質(zhì)、鋁及其化合物的兩性、Fe²⁺與Fe³⁺之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系、銅的冶煉及Cu（OH）₂的性質(zhì)等．估計(jì)以后高考試題將會(huì)在選擇題中以離子共存、離子方程式、氧化還原反應(yīng)、物質(zhì)的鑒別與分離等角度考查金屬元素及其化合物的性質(zhì)，也會(huì)在非選擇題中以金屬元素的性質(zhì)為載體，通過(guò)推斷題、實(shí)驗(yàn)題，考查考生運(yùn)用金屬元素的有關(guān)知識(shí)分析解決問(wèn)題的能力．以實(shí)驗(yàn)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(diǎn)．