Question

碳酸鋰廣泛應用于陶瓷和醫(yī)藥等領(lǐng)域．已知β?鋰輝石（主要成分為Li₂O?Al₂O₃?4SiO₂）為原材料制備Li₂CO₃的工藝流程如圖：

已知：Fe³⁺、Al³⁺、Fe²⁺和Mg²⁺以氫氧化物形式完全沉淀時，溶液的pH分別為3.2、5.2、9.7和12.4；步驟Ⅰ中，酸浸后得到的酸性溶液中含有Li⁺、SO₄^2-，另含有Al³⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Na⁺等雜質(zhì)，需在攪拌下加入

 

（填“石灰石”、“氯化鈣”或“稀硫酸”）以調(diào)節(jié)溶液的pH到6.0～6.5，沉淀部分雜質(zhì)離子，然后分離得到浸出液．
（1）步驟Ⅰ前，β鋰輝石要粉碎成細顆粒的目的是

 

（2）加入

 

（填“石灰石”、“氯化鈣”或“稀硫酸”）以調(diào)節(jié)溶液的pH到6.0～6.5，
（3）步驟Ⅱ中，將適量的H₂O₂溶液、石灰乳和Na₂CO₃溶液依次加入浸出液中，可除去的雜質(zhì)金屬離子有

 

．
（4）步驟Ⅲ中，生成沉淀的離子方程式為

 

．
（5）從母液中可回收的主要物Li₂SO₄、LiOH和Li₂CO₃在303K下的溶解度分別為34.2g、12.7g和1.3g．

Answer 1

考點：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應用

專題：實驗設(shè)計題

分析：已知β-鋰輝石（主要成分為Li₂O?Al₂O₃?4SiO₂）為原材料制備Li₂CO₃的工藝流程：Li₂O?Al₂O₃?4SiO₂加硫酸，浸取，酸浸后得到的酸性溶液中含有Li⁺、SO₄^2-，另含有Al³⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Na⁺等雜質(zhì)，在在攪拌下加入石灰石調(diào)節(jié)pH，使Al³⁺、Fe³⁺轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀，過濾，再將適量的H₂O₂溶液、石灰乳和Na₂CO₃溶液依次加入浸出液中，F(xiàn)e²⁺被氧化為Fe³⁺，然后轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀，鎂離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鎂沉淀，鈣離子轉(zhuǎn)化為碳酸鈣沉淀，過濾的硫酸鋰溶液，再加飽和碳酸鈉溶液得到碳酸鋰沉淀，過濾得到碳酸鋰；
（1）從反應速率的角度來分析；
（2）抓住題目中的“酸性溶液”，“調(diào)節(jié)溶液的pH到6.0～6.5”，從所給試劑中選擇符合條件的藥品；
（3）H₂O₂是強氧化劑，可把Fe²⁺氧化成Fe³⁺，石灰乳和碳酸鈉都是沉淀劑，使溶液中的Fe²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺；
（4）步驟Ⅲ加入飽和Na₂CO₃溶液后，主要使Li⁺轉(zhuǎn)化為Li₂CO₃沉淀．

解答： 解：已知β-鋰輝石（主要成分為Li₂O?Al₂O₃?4SiO₂）為原材料制備Li₂CO₃的工藝流程：Li₂O?Al₂O₃?4SiO₂加硫酸，浸取，酸浸后得到的酸性溶液中含有Li⁺、SO₄^2-，另含有Al³⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Na⁺等雜質(zhì)，在在攪拌下加入石灰石調(diào)節(jié)pH，使Al³⁺、Fe³⁺轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀，過濾，再將適量的H₂O₂溶液、石灰乳和Na₂CO₃溶液依次加入浸出液中，F(xiàn)e²⁺被氧化為Fe³⁺，然后轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀，鎂離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鎂沉淀，鈣離子轉(zhuǎn)化為碳酸鈣沉淀，過濾的硫酸鋰溶液，再加飽和碳酸鈉溶液得到碳酸鋰沉淀，過濾得到碳酸鋰；
（1）固體顆粒越小，化學反應速率越快，同時可使鋰元素盡可能多地溶解到酸中，
故答案為：增大固液接觸面積，加快浸出反應速率，提高浸出率；
（2）所給三種物質(zhì)中，只有CaCO₃能夠降低溶液的酸度，提高溶液的pH到6.0～6.5，可除去Fe³⁺、Al³⁺，
故答案為：石灰石；
（3）步驟Ⅱ中加入H₂O₂溶液，可將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，然后加入石灰乳可除去其中的Fe³⁺和Mg²⁺，再加入Na₂CO₃溶液可除去Ca²⁺．此時溶液中的離子主要有Li⁺、Na⁺、SO₄^2-，
故答案為：Fe²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺；
（4）步驟Ⅲ加入飽和Na₂CO₃溶液后，主要使Li⁺轉(zhuǎn)化為Li₂CO₃沉淀，反應的離子方程式為：2Li⁺+CO₃^2-=Li₂CO₃↓；
故答案為：2Li⁺+CO₃^2-=Li₂CO₃↓．

點評：本題以制備Li₂CO₃的工藝流程為知識背景，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)重于考查學生對題中信息的分析和利用能力．