Question

11．粗碳酸鋰（含有Na⁺、K⁺、Ca²⁺等雜質(zhì)離子）制備高純碳酸鋰的工藝流程如圖1：

碳酸鋰溶解度與溫度的關(guān)系見(jiàn)下表：

溫度/℃	0	20	40	60	80	100
溶解度/g	1.54	1.33	1.17	1.01	0.85	0.72

（1）漿料酸化時(shí)，溫度不宜超過(guò)25℃的主要原因是溫度越高，碳酸鋰、二氧化碳溶解度都越小，減小了反應(yīng)速率．判斷酸化過(guò)程已經(jīng)結(jié)束的明顯現(xiàn)象為漿料變成澄清溶液．
（2）已知Ksp[Ca₃（PO₄）₂]=2.0×10^-29，為使溶液中c（Ca²⁺）≤2×10^-5mol•L^-1，c（PO₄^3- ）的范圍
為c（PO₄^3- ）≥5×10^-8mol•L^-1．
（3）蒸發(fā)時(shí)主要反應(yīng)的離子方程式為2Li⁺+2HCO₃^-=Li₂CO₃↓+CO₂↑+H₂O．母液循環(huán)次數(shù)對(duì)純度、產(chǎn)率的影響如圖2所示，循環(huán)不宜超過(guò)3次的主要原因是循環(huán)次數(shù)增多，溶液中鈉離子、鉀離子的濃度會(huì)增大，會(huì)降低產(chǎn)品的純度．
（4）為了獲得高純Li₂CO₃，過(guò)濾Ⅱ后的操作為將碳酸鋰用熱水洗滌2～3次、干燥．

Answer 1

分析 粗碳酸鋰（含有Na⁺、K⁺、Ca²⁺等雜質(zhì)離子）制備高純Li₂CO₃的工藝流程：粗碳酸鋰溶于水再通入二氧化碳生成碳酸氫鹽，再加入磷酸鋰生成磷酸鈣沉淀，過(guò)濾而除去鈣，對(duì)濾液進(jìn)行蒸發(fā)使碳酸氫鋰分解生成沉淀Li₂CO₃，過(guò)濾后濾液中含有部分鋰離子及鉀離子、鈉離子等，循環(huán)使用，濾渣為碳酸鋰，洗滌、干燥后可得純碳酸鋰，
（1）根據(jù)碳酸鋰在水的溶解度可知，溫度越高，碳酸鋰溶解度越小，二氧化碳?xì)怏w在水的溶解度也減小，不利于生成碳酸氫鋰，酸化過(guò)程中碳酸鋰難溶于水，而碳酸氫鋰易溶于水，據(jù)此判斷；
（2）根據(jù)Ksp[Ca₃（PO₄）₂]=c³（Ca²⁺）c²（PO₄^3- ）   可計(jì)算出c（PO₄^3- ）的范圍；
（3）蒸發(fā)時(shí)碳酸氫鋰生成碳酸鋰，母液循環(huán)次數(shù)增多，溶液中鈉離子、鉀離子的濃度會(huì)增大，據(jù)此分析；
（4）為了獲得高純Li₂CO₃，過(guò)濾Ⅱ后要將碳酸鋰洗滌、干燥．

解答 解：粗碳酸鋰（含有Na⁺、K⁺、Ca²⁺等雜質(zhì)離子）制備高純Li₂CO₃的工藝流程：粗碳酸鋰溶于水再通入二氧化碳生成碳酸氫鹽，再加入磷酸鋰生成磷酸鈣沉淀，過(guò)濾而除去鈣，對(duì)濾液進(jìn)行蒸發(fā)使碳酸氫鋰分解生成沉淀Li₂CO₃，過(guò)濾后濾液中含有部分鋰離子及鉀離子、鈉離子等，循環(huán)使用，濾渣為碳酸鋰，洗滌、干燥后可得純碳酸鋰，
（1）根據(jù)碳酸鋰在水的溶解度可知，溫度越高，碳酸鋰溶解度越小，二氧化碳?xì)怏w在水的溶解度也減小，減小了反應(yīng)速率，不利于生成碳酸氫鋰，酸化過(guò)程中碳酸鋰難溶于水，而碳酸氫鋰易溶于水，所以判斷酸化過(guò)程已經(jīng)結(jié)束的明顯現(xiàn)象為漿料變成澄清溶液，
故答案為：溫度越高，碳酸鋰、二氧化碳溶解度都越小，減小了反應(yīng)速率；漿料變成澄清溶液；
（2）c（Ca²⁺）≤2×10^-5mol•L^-1，根據(jù)Ksp[Ca₃（PO₄）₂]=c³（Ca²⁺）c²（PO₄^3- ）   可知，c（PO₄^3- ）≥$\sqrt{\frac{Ksp[Ca{\;}_{3}（PO{\;}_{4}）{\;}_{2}]}{c{\;}^{3（}Ca{\;}^{2+}）}}$=$\sqrt{\frac{2.0×10{\;}^{-29}}{（2×10{\;}^{-5}）^{3}}}$=5×10^-8mol•L^-1，
故答案為：c（PO₄^3- ）≥5×10^-8mol•L^-1；
（3）蒸發(fā)時(shí)碳酸氫鋰生成碳酸鋰，反應(yīng)的離子方程式為2Li⁺+2HCO₃^-=Li₂CO₃↓+CO₂↑+H₂O，母液循環(huán)次數(shù)增多，溶液中鈉離子、鉀離子的濃度會(huì)增大，會(huì)降低產(chǎn)品的純度，
故答案為：2Li⁺+2HCO₃^-=Li₂CO₃↓+CO₂↑+H₂O；循環(huán)次數(shù)增多，溶液中鈉離子、鉀離子的濃度會(huì)增大，會(huì)降低產(chǎn)品的純度；
（4）為了獲得高純Li₂CO₃，過(guò)濾Ⅱ后要將碳酸鋰用熱水洗滌2～3次、干燥，
故答案為：將碳酸鋰用熱水洗滌2～3次、干燥．

點(diǎn)評(píng) 本題以制備高純Li₂CO₃的工藝流程為知識(shí)背景，考查了影響速率的因素、除雜質(zhì)、離子方程式等，題目難度中等，側(cè)重于考查學(xué)生對(duì)題中信息的分析和利用能力．