Question

鋰被譽為“金屬味精”，以LiCoO₂為正極材料的鋰離子電池已被廣泛用作便攜式電源。工業上常以β­鋰輝礦(主要成分為LiAlSi₂O₆，還含有FeO、MgO、CaO等雜質)為原料來制取金屬鋰。其中一種工藝流程如下：

已知：部分金屬氫氧化物開始沉淀和完全沉淀時的pH：

氫氧化物	Fe(OH)3	Al(OH)3	Mg(OH)2
開始沉淀pH	2.7	3.7	9.6
完全沉淀pH	3.7	4.7	11

 
請回答下列問題：
（1）寫出反應Ⅰ中有電子轉移的化學方程式_________________________；
（2）反應Ⅱ加入碳酸鈣的作用是_______________；
（3）有同學認為在反應Ⅲ中只需加入碳酸鈉溶液也能達成該步驟的目的，請闡述你的觀點和理由  ____________；
（4）上述流程蒸發濃縮環節，若在實驗室進行該操作，當蒸發濃縮至________出現時，就可停止該操作。
（5）Li與Mg、Be與Al、B與Si這三對元素在周期表中處于對角線位置，相應的兩元素及其化合物的性質有許多相似之處。這種相似性稱為對角線規則。步驟③中電解時，陽極產生的氯氣中會混有少量氧氣，原因是___________。
（6）請設計一種從水洗后的礦泥中分離出Al₂O₃的流程：
（流程常用的表示方式為：）

Answer 1

（1）2FeO+4H₂SO₄(濃)Fe₂(SO₄)₃+SO₂↑+4H₂O
（2）除去反應Ⅰ中過量的H₂SO₄；控制pH，使Fe^3＋、Al^3＋完全沉淀
（3）不能，鎂離子不能完全除去。
（4）晶體膜
（5）加熱蒸干LiCl溶液時，LiCl有少量水解生成LiOH，受熱分解生成Li₂O，電解時產生O₂.
（6）
或

解析試題分析：
（1）濃硫酸有氧化性，FeO有還原性，二者在加熱時會發生氧化還原反應。根據質量守恒定律和電子守恒可得該反應的方程式為：2FeO+4H₂SO₄(濃) Fe₂(SO₄)₃+SO₂↑+4H₂O。
（2）反應Ⅱ加入碳酸鈣的作用是除去反應Ⅰ中過量的剩余的H₂SO₄；調節溶液的pH，同時使Fe^3＋、Al^3＋完全轉化為沉淀而除去。
（3）在反應Ⅲ中只需加入碳酸鈉溶液，因為其堿性是鹽水解產生的，堿性不如NaOH強，而且MgCO₃的溶解度比Mg(OH)₂大，不能很好的把Mg²⁺沉淀出去。因此不能達成該步驟的目的。
（4）加熱蒸發時，只要看到大量固體析出或者僅余少量液體時，停止加熱，利用余熱把固體蒸干。
（5）步驟③中電解時，陽極產生的氯氣中會混有少量氧氣，是因為在加熱蒸干LiCl溶液時，LiCl有少量發生水解反應產生了LiOH混在LiCl中。LiOH受熱分解生成Li₂O，電解時產生了O₂。
（6）水洗后的礦泥中含有Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂.可以先加鹽酸把Fe₂O₃、Al₂O₃溶解變為FeCl₃、AlCl₃，除去難溶的SiO₂.然后向溶液中加入過量的NaOH溶液，發生反應：FeCl₃+3NaOH=Fe(OH)₃↓+3NaCl。AlCl₃+4NaOH=NaAlO₂+3NaCl+2H₂O。把Fe(OH)₃沉淀過濾除去，然后向濾液中通入過量的CO₂氣體，發生反應NaAlO₂+ CO₂+2H₂O= Al(OH)₃↓+NaHCO₃.把Al(OH)₃沉淀過濾出來洗滌干凈，然后灼燒既得Al₂O₃。另一種方法是把礦泥用NaOH溶液處理，可以得到NaAlO₂和Na₂SiO₃溶液，而Fe₂O₃不溶，過濾除去。然后向濾液中加入過量的鹽酸發生反應NaAlO₂+4HCl= AlCl₃+NaCl+2H₂O。Na₂SiO₃+2HCl=H₂SiO₃↓+2NaCl。把硅酸沉淀過濾除去，再向濾液中通入過量的氨氣，發生反應AlCl₃+3NH₃+3H₂O= Al(OH)₃↓+3NH₄Cl。再把Al(OH)₃沉淀過濾出來洗滌干凈，然后灼燒既得Al₂O₃。
考點：考查以β­鋰輝礦為原料來制取金屬鋰的反應原理及從礦泥中分離出Al₂O₃的方法的知識。