Question

20．金屬鋰在通訊和航空航天領域中有重要的應用．以某鋰礦為原料制取鋰的工藝流程如下圖，其主要成分為Li₂O、Al₂O₃、SiO₂，另含有FeO、MgO、CaO等雜質．

已知：①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

②Li₂CO₃在不同溫度下的溶解度如表：

溫度/℃	0	10	20	50	75	100
Li2CO3的溶解度/g	1.539	1.406	1.329	1.181	0.866	0.728

請回答下列問題：
（1）鋰礦中的FeO在反應 I中發(fā)生的化學反應方程式為2FeO+4H₂SO₄（濃）=Fe₂（SO₄）₃+SO₂↑+4H₂O
（2）反應 II中pH的范圍是4.7≤pH＜9.6
（3）沉淀B中主要成分為CaCO₃和Mg（OH）₂（填化學式）；沉淀C應使用熱水 洗滌（選填“熱水”或“冷水”）
（4）反應 IV發(fā)生的離子方程式為2Li⁺+CO₃^2-=Li₂CO₃
（5）電解熔融LiCl的陰極電極反應式為Li⁺+e^-=Li；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，電解時放電產(chǎn)生O₂．

Answer 1

分析 鋰礦主要成分為Li₂O、Al₂O₃、SiO₂，另含有FeO、MgO、CaO等雜質為原料來制取金屬鋰，加入過量濃硫酸溶解鋰礦，加入碳酸鈣除去過量的硫酸調節(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）鋰礦中的FeO在反應 I中與濃硫酸發(fā)生氧化還原反應，被氧化成硫酸鐵，根據(jù)元素守恒書寫化學反應方程式；
（2）反應 II中要使鋁離子和鐵離子全部沉淀，而鎂離子不能沉淀，根據(jù)題中提供的屬氫氧化物開始沉淀和完全沉淀時的pH可判斷；
（3）反應Ⅲ主要是沉淀鎂離子，沉淀C為碳酸鋰，其溶解度隨溫度升高而降低，洗滌時要減少碳酸鋰的損失，據(jù)此判斷；
（4）反應 IV是用碳酸根離子將溶液中的鋰離子沉淀，根據(jù)電荷守恒和元素守恒書寫離子方程式為；
（5）電解熔融LiCl時陰極鋰離子得電子生成鋰，根據(jù)蒸干LiCl溶液時，LiCl有少量水解生成LiOH，氫氧化鋰部分分解生成氧化鋰，電解時會生成氧氣．

解答 解：鋰礦主要成分為Li₂O、Al₂O₃、SiO₂，另含有FeO、MgO、CaO等雜質為原料來制取金屬鋰，加入過量濃硫酸溶解鋰礦，加入碳酸鈣除去過量的硫酸調節(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）鋰礦中的FeO在反應 I中與濃硫酸發(fā)生氧化還原反應，被氧化成硫酸鐵，反應的化學反應方程式為2FeO+4H₂SO₄（濃）=Fe₂（SO₄）₃+SO₂↑+4H₂O，
故答案為：2FeO+4H₂SO₄（濃）=Fe₂（SO₄）₃+SO₂↑+4H₂O；
（2）反應 II中要使鋁離子和鐵離子全部沉淀，而鎂離子不能沉淀，根據(jù)題中提供的屬氫氧化物開始沉淀和完全沉淀時的pH可知反應 II中pH的范圍是4.7≤pH＜9.6，
故答案為：4.7≤pH＜9.6；
（3）反應Ⅲ主要是沉淀鎂離子，所以沉淀B中主要成分為CaCO₃和Mg（OH）₂，沉淀C為碳酸鋰，其溶解度隨溫度升高而降低，洗滌時要減少碳酸鋰的損失，所以要用熱水洗滌，
故答案為：Mg（OH）₂；熱水；
（4）反應 IV是用碳酸根離子將溶液中的鋰離子沉淀，反應的離子方程式為2Li⁺+CO₃^2-=Li₂CO₃，故答案為：2Li⁺+CO₃^2-=Li₂CO₃；
（5）電解熔融LiCl時陰極鋰離子得電子生成鋰，電極反應式為Li⁺+e^-=Li，蒸干LiCl溶液時，LiCl有少量水解生成LiOH，氫氧化鋰部分分解生成氧化鋰，電解時會生成氧氣，所以陽極產(chǎn)生的氯氣中會混有少量氧氣，
故答案為：Li⁺+e^-=Li；加熱蒸干LiCl溶液時，LiCl有少量水解生成LiOH，受熱分解生成Li₂O，電解時放電產(chǎn)生O₂．

點評 本題考查了工業(yè)上以β-鋰輝礦制取金屬鋰的方法，題目難度中等，試題涉及了化學式的書寫、物質的分離與提純、離子方程式的書寫等知識，合理分析題中工藝流程是解題關鍵．