Question

19．碳酸鋰是重要的鋰化合物，是制備其它高純鋰化合物的重要原料．我國鋰資源儲量非常豐富，其中鹵水鋰資源約占其中的79%，由鹽湖鹵水（主要含有：LiCl、MgCl₂、Na₂B₄O₇等） 制備碳酸鋰，其工藝流程如下：

己知：
I、鹽鹵中的硼元素以Na₂B₄O₇形式存在，硼酸（H₃BO₃）常溫時在水中溶解度不大 
Ⅱ、LiOH易溶于水
Ⅲ、

物質(zhì)	MgCO3	Li2CO3	Mg（OH）2
Ksp	6.82×10-6	8.2×10-4	5.6×10-12

（1）寫出①過程的離子方程式B₄O₇^2-+2H⁺+5H₂O=4H₃BO₃↓．
（2）②過程中的操作名稱是萃取反應，在所得有機層中加入0.25mol/LNaOH溶液可以再生有機質(zhì)和磷酸三丁酯，但不能加濃NaOH溶液，其原因是避免氫氧化鈉溶液濃度過大使磷酸三丁酯水解．
（3）③過程結(jié)束后，溶液中C（Li⁺）=5mol/L，若此過程中不產(chǎn)生Li₂CO₃沉淀，則此時溶液中鎂離子的物質(zhì)的量濃度不小于0.21mol/L．
（4）濾渣一，濾渣二的主要成分分別是MgCO₃、Mg（OH）₂．
（5）如何檢驗第⑤步中Li⁺是否沉淀完全取少量上層清液于試管中，繼續(xù)加入碳酸鈉溶液若無沉淀出現(xiàn)，則沉淀完全．
（6）髙純度的碳酸鋰可以用于制備鋰離子電池的正極材料．如LiCoO₂可以采用下面方法制備：將Li₂CO₃與CoCO₃按1：1的比例混合，再在空氣中灼燒即可，試寫出該反應的化學方程式2Li₂CO₃+4CoCO₃+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4LiCoO₂+6CO₂．
一種鉆酸鋰電池的工作原理如下：Li_xC₆+Li_1-xCoO₂=LiCoO₂+C₆，該電池在充電時負極上發(fā)生的電極反應為xLi⁺+xe^-+C₆=Li_xC₆．

Answer 1

分析 濃縮鹵水加入鹽酸使大部分的B元素轉(zhuǎn)化為硼酸（H₃BO₃）沉淀，再利用有機物和和磷酸三丁酯進行二次脫硼，萃取含有的B元素，通過分液分離出有機層，水層中加入碳酸鈉進行除鎂，濾渣一為碳酸鎂，過濾后加入氫氧化鈉溶液進行二次除鎂，濾渣二為氫氧化鎂，過濾后的濾液中加入碳酸鈉溶液得到Li₂CO₃沉淀，過濾分離，母液中含有氯化鈉等．
（1）過程①是Na₂B₄O₇與鹽酸反應生成H₃BO₃沉淀；
（2）②是利用機物和和磷酸三丁酯萃取含有的B元素，再通過分液分離；磷酸三丁酯在濃氫氧化鈉溶液中會發(fā)生酯的水解反應；
（3）根據(jù)Li₂CO₃的溶度積計算c（CO₃^2-），再結(jié)合MgCO₃的溶度積計算c（Mg²⁺）；
（4）濾渣一為碳酸鎂，濾渣二為氫氧化鎂；
（5）向上層清液中繼續(xù)加入碳酸鈉溶液，若無沉淀出現(xiàn)，說明沉淀完全；
（6）將Li₂CO₃與CoCO₃按1：1的比例混合，再在空氣中灼燒可得LiCoO₂，Co元素化合物升高，發(fā)生氧化反應，有氧氣參加反應，反應還生成二氧化碳；
一種鉆酸鋰電池的工作原理如下：Li_xC₆+Li_1-xCoO₂=LiCoO₂+C₆，該電池在充電時負極上發(fā)生還原反應，C₆獲得電子生成Li_xC₆．

解答 解：濃縮鹵水加入鹽酸使大部分的B元素轉(zhuǎn)化為硼酸（H₃BO₃）沉淀，再利用有機物和和磷酸三丁酯進行二次脫硼，萃取含有的B元素，通過分液分離出有機層，水層中加入碳酸鈉進行除鎂，濾渣一為碳酸鎂，過濾后加入氫氧化鈉溶液進行二次除鎂，濾渣二為氫氧化鎂，過濾后的濾液中加入碳酸鈉溶液得到Li₂CO₃沉淀，過濾分離，母液中含有氯化鈉等．
（1）過程①是Na₂B₄O₇與鹽酸反應生成H₃BO₃沉淀，離子方程式為：B₄O₇^2-+2H⁺+5H₂O=4H₃BO₃↓，
故答案為：B₄O₇^2-+2H⁺+5H₂O=4H₃BO₃↓；
（2）②是利用機物和和磷酸三丁酯萃取含有的B元素，再通過分液分離，②過程中的操作名稱是：萃取反應，磷酸三丁酯在濃氫氧化鈉溶液中會發(fā)生酯的水解反應，
故答案為：萃取分液；避免氫氧化鈉溶液濃度過大使磷酸三丁酯水解；
（3）溶液中c（Li⁺）=5mol/L，則此時溶液中c（CO₃^2-）=$\frac{Ksp（L{i}_{2}C{O}_{3}）}{{c}^{2}（L{i}^{+}）}$=$\frac{8.2×1{0}^{-4}}{{5}^{2}}$mol/L=3.28×10^-5mol/L，結(jié)合MgCO₃的溶度積，可知溶液c（Mg²⁺）=$\frac{6.82×1{0}^{-6}}{3.28×1{0}^{-5}}$mol/L=0.21mol/L，
故答案為：0.21mol/L；
（4）濾渣一，濾渣二的主要成分分別是 MgCO₃、Mg（OH）₂，
故答案為：MgCO₃、Mg（OH）₂；
（5）檢驗第⑤步中Li⁺是否沉淀完全方法：取少量上層清液于試管中，繼續(xù)加入碳酸鈉溶液若無沉淀出現(xiàn)，則沉淀完全，
故答案為：取少量上層清液于試管中，繼續(xù)加入碳酸鈉溶液若無沉淀出現(xiàn)，則沉淀完全；
（6）將Li₂CO₃與CoCO₃按1：1的比例混合，再在空氣中灼燒可得LiCoO₂，Co元素化合物升高，發(fā)生氧化反應，有氧氣參加反應，反應還生成二氧化碳，反應方程式為：2Li₂CO₃+4CoCO₃+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4LiCoO₂+6CO₂，
一種鉆酸鋰電池的工作原理如下：Li_xC₆+Li_1-xCoO₂=LiCoO₂+C₆，該電池在充電時負極上發(fā)生還原反應，C₆獲得電子生成Li_xC₆，電極反應式為：xLi⁺+xe^-+C₆=Li_xC₆，
故答案為：2Li₂CO₃+4CoCO₃+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4LiCoO₂+6CO₂；xLi⁺+xe^-+C₆=Li_xC₆．

點評 本題是物質(zhì)制備工藝流程題目，涉及物質(zhì)分離提純實驗操作、對操作與原理的分析評價、溶度積有關(guān)計算、陌生方程式書寫、電化學原理與電極反應式書寫等，是對學生綜合能力的考查，關(guān)鍵是對工藝流程的理解．