Question

【題目】2019年10月9日，瑞典皇家科學(xué)院在斯德哥爾摩宣布，將2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?lì)C發(fā)給來(lái)自美國(guó)、英國(guó)、日本的三位科學(xué)家，表彰他們?cè)阡囯x子電池方面的研究貢獻(xiàn)。高度評(píng)價(jià)他們“創(chuàng)造了一個(gè)可充電的世界”。鋰離子電池與傳統(tǒng)電池相比，充電更快，功率密度更高，使用時(shí)間更長(zhǎng)，在手機(jī)和筆記本電腦等便攜式電子產(chǎn)品上廣泛應(yīng)用。工業(yè)上常以鋰輝礦(主要成分為 LiAlSi2O6，還含有FeO、MgO、CaO等雜質(zhì))為原料來(lái)制取金屬鋰，其中一種工藝流程如下：

已知：①部分金屬氫氧化物開(kāi)始沉淀和完全沉淀時(shí)的pH：

②Li2CO3的溶解度隨溫度變化如圖所示：

試回答下列問(wèn)題：

（1）酸浸時(shí)，為了提高浸取率可采取升高溫度、粉碎礦石、攪拌、過(guò)濾后再次浸取等措施還可通過(guò)_______來(lái)提高浸取率。

（2）反應(yīng)I中應(yīng)調(diào)節(jié)pH范圍為_______，沉淀A的成分除H2SiO3、CaCO3、Al(OH)3外，還有___________。

（3）反應(yīng)Ⅱ的離子方程式為_________________。

（4）“操作I＂的名稱(chēng)為______；洗滌Li2CO3沉淀要使用_______ (選填“熱水”或“冷水”)，理由是___________________________________________________。

Answer 1

【答案】延長(zhǎng)浸取時(shí)間（或：增大酸的濃度） 4.7~9.6（或4.7≤ pH < 9.6） Fe(OH)3、CaSO4 Mg2＋＋Ca(OH)2＝Ca2+＋Mg(OH)2↓ (或：Mg2＋＋2OH－＝Mg(OH)2↓) CO32-＋Ca(OH)2＝CaCO3↓＋2OH－(或：Ca2+＋CO32-= CaCO3↓) 過(guò)濾 熱水 碳酸鋰的溶解度隨溫度升高而降低，熱水洗滌可以減少碳酸鋰的溶解損失

【解析】

鋰輝礦(主要成分為 LiAlSi2O6，還含有FeO、MgO、CaO等雜質(zhì))為原料來(lái)制取金屬鋰，加入過(guò)量硫酸溶解鋰輝礦，再加入碳酸鈣調(diào)節(jié)溶液的pH，加入雙氧水將溶液里的亞鐵離子氧化為鐵離子，使鐵離子和鋁離子沉淀完全，過(guò)濾除去沉淀，然后加入氫氧化鈣和碳酸鈉除去溶液中的鈣離子和鎂離子，過(guò)濾得到的溶液中主要是鋰離子的水溶液，蒸發(fā)濃縮，加入飽和的碳酸鈉溶液沉淀鋰離子生成碳酸鋰，洗滌后加入鹽酸溶解得到氯化鋰溶液，加熱蒸干得到氯化鋰，電解氯化鋰得到金屬鋰。根據(jù)以上分析解答此題。

(1)增大酸的濃度、升高溫度、增大固體表面積、攪拌或延長(zhǎng)浸取時(shí)間可以提高浸取率，所以為了提高浸取率可采取升高溫度、粉碎礦石、攪拌、過(guò)濾后再次浸取等措施還可通過(guò)延長(zhǎng)浸取時(shí)間或增大酸的濃度來(lái)提高浸取率；

答案為：延長(zhǎng)浸取時(shí)間（或：增大酸的濃度）。

(2)反應(yīng)Ⅰ中調(diào)節(jié)pH的目的是除去Fe3+、Al3+，由表中數(shù)據(jù)可知調(diào)節(jié)pH范圍為4.7~9.6（或4.7≤pH<9.6），硫酸鈣微溶于水，所以沉淀A的成分除H2SiO3、CaCO3、Al(OH)3外，還有Fe(OH)3、CaSO4 ；

答案為：4.7~9.6（或4.7≤pH<9.6）；Fe(OH)3、CaSO4。

(3)反應(yīng)Ⅱ調(diào)節(jié)pH=11，目的是除去Mg2+和Ca2+，根據(jù)加入的試劑，主要離子方程式為：Mg2++Ca(OH)2= Ca2++ Mg(OH)2↓(或：Mg2++2OH-=Mg(OH)2↓)、CO32-+ Ca(OH)2=CaCO3↓+2OH-(或：CO32-+ Ca2+=CaCO3↓)；

答案為：Mg2++Ca(OH)2= Ca2++ Mg(OH)2↓(或：Mg2++2OH-=Mg(OH)2↓)、CO32-+ Ca(OH)2=CaCO3↓+2OH-(或：CO32-+ Ca2+=CaCO3↓)。

(4)“操作Ⅰ”目的是分離出固體碳酸鋰，所以“操作Ⅰ”是過(guò)濾；由圖可知碳酸鋰的溶解度隨溫度升高而降低，熱水洗滌可以減少碳酸鋰的溶解損失，所以洗滌碳酸鋰沉淀要用熱水；

答案為：過(guò)濾；熱水 ；碳酸鋰的溶解度隨溫度升高而降低，熱水洗滌可以減少碳酸鋰的溶解損失。