Question

【題目】2019年諾貝爾化學獎頒給了日本吉野彰等三人，以表彰他們對鋰離子電池研發的卓越貢獻。工業中利用鋰輝石(主要成分為LiAlSi2O6，還含有FeO、CaO、MgO等)制備鈷酸鋰(LiCoO2)的流程如圖：

已知：Ksp[Mg(OH)2]=10-11，Ksp[Al(OH)3]=10-33，Ksp[Fe(OH)3]=10-38

回答下列問題：

（1）為鑒定某礦石中是否含有鋰元素，可以采用焰色反應來進行鑒定，當觀察到火焰呈__，可以認為該礦石中存在鋰元素。

a.紫紅色 b.紫色 c.黃色

（2）鋰輝石的主要成分為LiAlSi2O6，其氧化物的形式為__。

（3）為提高“酸化焙燒”效率，常采取的措施是__。

（4）向“浸出液”中加入CaCO3，其目的是除去“酸化焙燒”中過量的硫酸，控制pH使Fe3+、A13+完全沉淀，則pH至少為__。(已知：完全沉淀后離子濃度低于1×l05)mol/L)

（5）“濾渣Ⅱ”的主要化學成分為___。

（6）“沉鋰”過程中加入的沉淀劑為飽和的__溶液（填化學式）；該過程所獲得的“母液”中仍含有大量的Li+，可將其加入到“__”步驟中。

（7）Li2CO3與Co3O4在敞口容器中高溫下焙燒生成鈷酸鋰的化學方程式為__。

Answer 1

【答案】a Li2O·Al2O3·4SiO2 將礦石粉碎（攪拌、升高溫度） 4.7 Mg(OH)2，CaCO3 Na2CO3 凈化 6Li2CO3+4Co3O4+O2=12Li2CoO2+6CO2

【解析】

鋰輝石(主要成分為LiAlSi2O6，還含有FeO、CaO、MgO等)為原料來制取鈷酸鋰(LiCoO2)，加入過量濃硫酸溶解鋰輝礦，加入碳酸鈣除去過量的硫酸，并使鐵離子、鋁離子沉淀完全，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，濾液蒸發濃縮得20%Li2S，加入碳酸鈉沉淀鋰離子生成碳酸鋰，洗滌后與Co3O4高溫下焙燒生成鈷酸鋰，據此分析解題。

(1)焰色反應常用來檢測金屬元素，鈉元素的焰色為黃色，鉀元素的焰色為紫色，利用排除法可以選出鋰元素的焰色為紫紅色，故答案為a；

(2)鋰輝石的主要成分為LiAlSi2O6，在原子簡單整數比不變的基礎上，其氧化物的形式為Li2OAl2O34SiO2；

(3)“酸化焙燒”時使用的是濃硫酸，為提高“酸化焙燒”效率，還可采取的措施有將礦石細磨、攪拌、升高溫度等；

(4)根據柱狀圖分析可知，Al(OH)3的Ksp大于Fe(OH)3的Ksp，那么使Al3+完全沉淀pH大于Fe3+的Al(OH)3的Ksp=c(Al3+)×c3(OH-)=1×10-33，c(OH-)==mol/L=1×10-9.3mol/L，則c(H+)=1×10-4.7mol/L，pH=4.7，即pH至少為4.7；

(5)由分析知，“濾渣Ⅱ”的主要化學成分為Mg(OH)2和CaCO3；

(6)根據“沉鋰”后形成Li2CO3固體，以及大量生產的價格間題，該過程中加入的沉淀劑為飽和Na2CO3溶液；該過程得的“母液“中仍含有大量的Li+，需要從中2提取，應回到“凈化“步隳中循環利用；

(7)Li2CO3與Co3O4在敝口容器中反應生成LiCoO2時Co元素的化合價升高，因此推斷空氣中O2參與反應氧化Co元素，化字方程式為6Li2CO3+4Co3O4+O2 12LiCoO2+6CO2。