Question

【題目】JohnB.Goodenough等三位科學家因為在鋰離子電池研究領域的突出貢獻獲得2019年諾貝爾化學獎。碳酸鋰是一種常見的鋰離子電池原料，一種以鋰輝石為原料制取碳酸鋰的工藝如圖：(鋰輝石：LiAl(SiO3)2，也表示為Li2O·Al2O3·4SiO2，還含微量的鈉、鈣、鎂等元素)

[查閱資料]：Li2CO3為無色單斜晶系結晶體，熔點618℃，溶于硫酸，微溶于水，在冷水中的溶解度比熱水中大。

（1）在“硫酸浸出”流程，將硫酸加熱到130℃的目的是___________________________。

（2）工業上高溫煅燒FePO4、Li2CO3和草酸晶體(H2C2O4·2H2O)的混合物制取電池材料磷酸亞鐵鋰(LiFePO4)，反應的化學方程式為__________________________________。

（3）LiFePO4含有Fe、Li兩種金屬元素，它們的焰色反應的顏色分別是___________

A.黃色、紫紅色B.綠色、黃色C.無焰色反應、紫紅色D.黃色、無焰色反應

（4）在“Li2CO3分離、洗滌”流程，用熱水洗滌的原因是___________________________。

（5）某濃差電池的原理示意如圖所示，可用該電池從濃縮海水中提取LiCl溶液。

電池中的Y電極為________（填“正極”或“負極”或“陽極”或“陰極”）。X極的電極反應方程式為：________________________________________________。Y極每生成標況下22.4LCl2，有_________molLi+經過離子導體。

Answer 1

【答案】溫度升高可加快浸出速率 2FePO4+Li2CO3+H2C2O4.2H2O2LiFePO4+3CO2↑+3H2O↑ C Li2CO3在冷水中的溶解度比熱水中大，熱水洗滌可減少Li2CO3的溶解度損耗，提高產率 負極 2H++2e-=H2↑ 2

【解析】

根據題意、流程進行分析。鋰輝石的主要成分為LiAl(SiO3)2，還含微量的鈉、鈣、鎂等元素，加入硫酸酸浸后過濾，所得濾液中主要含Li2SO4、A12(SO4)3，還含有硫酸、Na+、Mg2+等；加入石灰水將濾液中的硫酸中和、A13+和Mg2+轉化為沉淀而除去；過濾后加入飽和碳酸鈉溶液使Li+轉化成Li2CO3 ，沉淀，據此分析作答。

（1）根據升高溫度，增大反應速率，則在“硫酸浸出“流程中，將硫酸加熱到130℃是為了加快浸出速率；答案為提高浸出速率。

（2）制取電池材料磷酸亞鐵鋰(LiFePO4)時，反應物有FePO4、Li2CO3和草酸晶體(H2C2O4·2H2O)，生成物為LiFePO4，鐵元素的化合價降低，則該過程中某種物質被氧化，根據元素化合價變化規律，可知草酸中的C元素被氧化，由+3價升高為+4價，結合電子守恒和元素守恒可知，產物中還含有CO2和H2O，所以化學方程式為2FePO4+Li2CO3+ H2C2O4·2H2O2LiFePO4+3CO2↑+3H2O↑；答案為2FePO4+Li2CO3+ H2C2O4·2H2O2LiFePO4+3CO2↑+3H2O↑。

（3）鋰元素的焰色反應為紫紅色；鐵元素無焰色反應；答案為C。