Question

10．金屬鋰是原子能工業(yè)和新能源工業(yè)中的重要物質．工業(yè)上常用β-輝鋰礦（主要成分是LiAlSi₂O₆，含有少量鈣、鎂雜質）制備金屬鋰，其生產流程如下：

已知Li₂CO₃微溶于水．請回答下列問題：
（1）寫出LiAlSi₂O₆與硫酸反應的化學方程式2LiAlSi₂O₆+4H₂SO₄=Li₂SO₄+Al₂（SO₄）₃+4H₂SiO₃↓．
（2）沉淀B的主要成分是Al（OH）₃、CaCO₃（寫化學式）．
（3）蒸發(fā)濃縮Li₂SO₄溶液時，需要使用的硅酸鹽質儀器有蒸發(fā)皿、酒精燈和玻璃棒．
（4）上述生產流程中蒸發(fā)濃縮Li₂SO₄溶液的目的是碳酸鋰微溶于水，蒸發(fā)濃縮的目的是增大溶液中鋰離子濃度，使鋰離子濃度與碳酸根離子濃度之積大于Ksp（Li₂CO₃），以便產生碳酸鋰沉淀．
（5）金屬鋰用于鋰電池時，常用FeF₃作其正極的活性物質，F(xiàn)eF₃常用FeCl₃與40%HF溶液反應制備．在制備過程中需要選用特制聚四氟乙烯材料的容器進行反應，而不是用普通的玻璃儀器或陶瓷儀器，其原因是SiO₂+4HF=SiF₄↑+2H₂O（用化學反應方程式表示）．
（6）金屬鋰可用于儲存氫氣，其原理是：①2Li+H₂=2LiH，②LiH+H₂O=LiOH+H₂↑．若已知LiH的密度為0.82g•cm^-3，用金屬鋰吸收224L H₂（標準狀況）恰好完全反應，則生成的LiH的體積與被吸收的氫氣的體積之比為1：1148（精確到整數）．

Answer 1

分析 本題是工業(yè)上用硫酸與β-鋰輝礦反應，生成不溶于酸的硅化合物和含少量鋁、鈣、鎂離子的硫酸鋰溶液，然后加入氫氧化鈣和碳酸鈉溶液除去濾液中的鋁、鈣、鎂離子，得到較為純凈的硫酸鋰，再將溶液中鋰離子轉化為溶解度較小碳酸鋰，加飽和Na₂CO₃溶液的目的是使Li⁺轉化生成Li₂CO₃沉淀，通過恰當方法最終得到單質鋰．
（1）LiAlSi₂O₆與硫酸反應，LiAlSi₂O₆可表示為：Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂，依據氧化物的性質和硫酸發(fā)生的反應寫出；
（2）用硫酸與β-鋰輝礦反應，生成不溶于酸的硅化合物和含少量鋁、鈣、鎂離子的硫酸鋰溶液，然后加入氫氧化鈣和碳酸鈉溶液，除去濾液中的鋁、鈣、鎂離子，得到較為純凈的硫酸鋰；
（3）使用的硅酸鹽質儀器是指玻璃儀器；
（4）上述生產流程中蒸發(fā)濃縮Li₂SO₄溶液的目的是增大鋰離子的濃度，在加入碳酸鈉溶液后生成碳酸鋰沉淀；
（5）氫氟酸與玻璃中的二氧化硅發(fā)生反應；
（6）依據密度和質量的關系計算LiH的體積，結合氫氣體積計算比值．

解答 解（1）LiAlSi₂O₆與硫酸反應，LiAlSi₂O₆可表示為：Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂，由氧化物與硫酸的反應定量關系以及流程圖中生成硅化合物沉淀可知反應的化學方程式為2LiAlSi₂O₆+4H₂SO₄=Li₂SO₄+Al₂（SO₄）₃+4H₂SiO₃↓，
故答案為：2LiAlSi₂O₆+4H₂SO₄=Li₂SO₄+Al₂（SO₄）₃+4H₂SiO₃↓；
（2）用硫酸與β-鋰輝礦反應，生成不溶于酸的硅化合物和含少量鋁、鈣、鎂離子的硫酸鋰溶液，然后加入氫氧根和碳酸鈉溶液，除去濾液中的鋁、鈣、鎂離子，得到較為純凈的硫酸鋰，所以B沉淀為Al（OH）₃、Mg（OH）₂、CaCO₃，由于Mg（OH）₂很少量，因此主要成分是Al（OH）₃、CaCO₃；
故答案為：Al（OH）₃、CaCO₃；
（3）蒸發(fā)濃縮Li₂SO₄溶液時，需要使用的硅酸鹽質儀器有蒸發(fā)皿、玻璃棒、酒精燈，
故答案為：酒精燈；玻璃棒；
（4）碳酸鋰微溶于水，上述生產流程中蒸發(fā)濃縮Li₂SO₄溶液的目的是增大鋰離子的濃度，在加入碳酸鈉溶液后，使鋰離子濃度與碳酸根離子濃度之積大于Ksp，生成碳酸鋰沉淀，
故答案為：碳酸鋰微溶于水，蒸發(fā)濃縮的目的是增大溶液中鋰離子濃度，使鋰離子濃度與碳酸根離子濃度之積大于Ksp（Li₂CO₃），以便產生碳酸鋰沉淀；
（5）用普通的玻璃儀器或陶瓷儀器，會和氫氟酸發(fā)生反應生成四氟化硅和水，反應的化學方程式為SiO₂+4HF=SiF₄↑+2H₂O，
故答案為：SiO₂+4HF=SiF₄↑+2H₂O；
（6）由反應I，當吸收224LH₂（10mol）時，則生成20molLiH，V=$\frac{m}{p}$=$\frac{20mol×8g/mol}{0.82×1{0}^{3}g/L}$=195.1×10^-3L，$\frac{V（LiH）}{V（{H}_{2}）}$=$\frac{195.1×1{0}^{-3}}{224L}$═1：1148，
故答案為：1148．

點評 本題主要考查物質的分離、電解原理、鹽類的水解等，難度難度較大，掌握實驗的原理和流程分析是解題的關鍵．