Question

【題目】以含鋰電解鋁廢渣(主要含 AlF3、 NaF、LiF、CaO ) 和濃硫酸為原料，制備電池級碳酸鋰，同時得副產(chǎn)品冰晶石，其工藝流程如下：

已知LiOH易溶于水，Li2CO3微溶于水。回答下列問題：

(1)電解鋁廢渣與濃硫酸反應(yīng)產(chǎn)生的氣體化學(xué)式為 ___________。濾渣2的主要成分是(寫化學(xué)式)_________。

(2)堿解反應(yīng)中， 同時得到氣體和沉淀反應(yīng)的離子方程式為_____________。

(3)一般地說 K＞105 時，該反應(yīng)進(jìn)行得就基本完全了。苛化反應(yīng)中存在如下平衡：Li2CO3(s)+Ca2+(aq)2Li+(aq)+ CaCO3(s)通過計算說明該反應(yīng)是否進(jìn)行完全________(已知Ksp(Li2CO3) = 8.64×10-4、Ksp(CaCO3) = 2.5×10-9)。

(4)碳化反應(yīng)后的溶液得到Li2CO3的具體實(shí)驗(yàn)操作有：加熱濃縮、______、______、干燥。

(5)上述流程得到副產(chǎn)品冰晶石的化學(xué)方程式為__________。

(6)Li2CO3是制備金屬鋰的重要原料， 一種制備金屬鋰的新方法獲得國家發(fā)明專利，其裝置如圖所示：

工作時電極 C 應(yīng)連接電源的______極，陽極的電極反應(yīng)式為__________ 。該方法設(shè)計的 A 區(qū)能避免熔融碳酸鋰對設(shè)備的腐蝕和因________逸出對環(huán)境的污染。

Answer 1

【答案】HF CaCO3、Al(OH)3 2Al3+＋3CO32-＋3H2O=2Al(OH)3↓＋3CO2↑ 該反應(yīng)的 K＝3.5×105，可以認(rèn)為該反應(yīng)進(jìn)行完全 冷卻結(jié)晶 過濾洗滌 6HF＋Na2SO4＋NaAlO2=Na3AlF6＋H2SO4＋2H2O 負(fù) 2Cl--2e-=Cl2↑ 氯氣

【解析】

含鋰電解鋁廢渣主要成分為LiF、AlF3、NaF，少量CaO等，加入濃硫酸生成的氣體為HF，浸取后過濾分離出濾渣為CaSO4，濾液中加碳酸鈉發(fā)生2Al3++3CO32-+3H2O＝2Al（OH）3↓+3CO2↑、2Li++CO32-=Li2CO3，氣體為二氧化碳，過濾分離出濾液含硫酸鈉，分離出氫氧化鋁、Li2CO3，再加CaO、苛化反應(yīng)將不溶性的碳酸鋰轉(zhuǎn)化成氫氧化鋰溶液，過濾分離出濾渣2含碳酸鈣，碳化時LiOH與二氧化碳反應(yīng)生成Li2CO3，二氧化碳在流程中可循環(huán)使用，以此來解答。

（1）根據(jù)上述分析，廢渣與濃硫酸反應(yīng)產(chǎn)生的氣體化學(xué)式為HF，根據(jù)上述分析，濾渣2的主要成分是CaCO3、Al(OH)3，故答案為：HF；CaCO3、Al(OH)3；

（2）堿解反應(yīng)中，同時得到氣體和沉淀反應(yīng)是鋁離子與碳酸根離子的雙水解反應(yīng)，離子方程式為：2Al3+＋3CO32-＋3H2O=2Al(OH)3↓＋3CO2↑，故答案為：2Al3+＋3CO32-＋3H2O=2Al(OH)3↓＋3CO2↑；

（3）Li2CO3(s)+Ca2+(aq)2Li+(aq)+ CaCO3(s)的＞105，可以認(rèn)為該反應(yīng)進(jìn)行完全，故答案為：該反應(yīng)的 K＝3.5×105，可以認(rèn)為該反應(yīng)進(jìn)行完全；

（4）碳化反應(yīng)后的溶液得到Li2CO3的具體實(shí)驗(yàn)操作有：加熱濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌、干燥，故答案為：冷卻結(jié)晶、過濾洗滌；

（5）根據(jù)流程圖知，反應(yīng)物為HF、Na2SO4、NaAlO2，生成物為Na3AlF6，根據(jù)原子守恒及反應(yīng)原理書寫方程式為：6HF＋Na2SO4＋NaAlO2=Na3AlF6＋H2SO4＋2H2O，故答案為：6HF＋Na2SO4＋NaAlO2=Na3AlF6＋H2SO4＋2H2O；

（6）根據(jù)圖示C極有Li生成，電極反應(yīng)為：Li++ e-=Li，則C為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，應(yīng)連接電源的負(fù)極；陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，根據(jù)圖示陽極有氯氣生成，則電極反應(yīng)式為：2Cl--2e-=Cl2↑；根據(jù)圖示分析，該方法設(shè)計的 A 區(qū)能用熔融的碳酸鋰吸收產(chǎn)生的氯氣，防止氯氣對還原產(chǎn)生污染，故答案為：負(fù)； 2Cl--2e-=Cl2↑；氯氣。