（2014届上海市十三校高三测试化学试卷）锂被誉为“金属味精”，以LiCoO2为正极材料的锂离子电池已被广泛用作便携式电源。工业上常以β­锂辉矿(主要成分为LiAlSi2O6，还含有FeO

Question

（2014届上海市十三校高三测试化学试卷）
锂被誉为“金属味精”，以LiCoO ₂ 为正极材料的锂离子电池已被广泛用作便携式电源。工业上常以β­锂辉矿(主要成分为LiAlSi ₂ O ₆ ，还含有FeO、MgO、CaO等杂质)为原料来制取金属锂。其中一种工艺流程如下：

已知：部分金属氢氧化物开始沉淀和完全沉淀时的pH：

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

请回答下列问题：
（1）写出反应Ⅰ中有电子转移的化学方程式_________________________；
（2）反应Ⅱ加入碳酸钙的作用是_______________；
（3）有同学认为在反应Ⅲ中只需加入碳酸钠溶液也能达成该步骤的目的，请阐述你的观点和理由  ____________；
（4）上述流程蒸发浓缩环节，若在实验室进行该操作，当蒸发浓缩至________出现时，就可停止该操作。
（5）Li与Mg、Be与Al、B与Si这三对元素在周期表中处于对角线位置，相应的两元素及其化合物的性质有许多相似之处。这种相似性称为对角线规则。步骤③中电解时，阳极产生的氯气中会混有少量氧气，原因是___________。
（6）请设计一种从水洗后的矿泥中分离出Al ₂ O ₃ 的流程：
（流程常用的表示方式为： ）

Answer 1

（1）2FeO+4H ₂ SO ₄ (浓) Fe ₂ (SO ₄ ) ₃ +SO ₂ ↑+4H ₂ O
（2）除去反应Ⅰ中过量的H ₂ SO ₄ ；控制pH，使Fe ^{3 ＋} 、Al ^{3 ＋} 完全沉淀
（3）不能，镁离子不能完全除去。
（4）晶体膜
（5）加热蒸干LiCl溶液时，LiCl有少量水解生成LiOH，受热分解生成Li ₂ O，电解时产生O ₂ .
（6）
或

（1）浓硫酸有氧化性，FeO有还原性，二者在加热时会发生氧化还原反应。根据质量守恒定律和电子守恒可得该反应的方程式为：2FeO+4H ₂ SO ₄ (浓) Fe ₂ (SO ₄ ) ₃ +SO ₂ ↑+4H ₂ O。
（2）反应Ⅱ加入碳酸钙的作用是除去反应Ⅰ中过量的剩余的H ₂ SO ₄ ；调节溶液的pH，同时使Fe ^{3 ＋} 、Al ^{3 ＋} 完全转化为沉淀而除去。
（3）在反应Ⅲ中只需加入碳酸钠溶液，因为其碱性是盐水解产生的，碱性不如NaOH强，而且MgCO ₃ 的溶解度比Mg(OH) ₂ 大，不能很好的把Mg ²⁺ 沉淀出去。因此不能达成该步骤的目的。
（4）加热蒸发时，只要看到大量固体析出或者仅余少量液体时，停止加热，利用余热把固体蒸干。
（5）步骤③中电解时，阳极产生的氯气中会混有少量氧气，是因为在加热蒸干LiCl溶液时，LiCl有少量发生水解反应产生了LiOH混在LiCl中。LiOH受热分解生成Li ₂ O，电解时产生了O ₂ 。
（6）水洗后的矿泥中含有Fe ₂ O ₃ 、Al ₂ O ₃ 、SiO ₂ .可以先加盐酸把Fe ₂ O ₃ 、Al ₂ O ₃ 溶解变为FeCl ₃ 、AlCl ₃ ，除去难溶的SiO ₂ .然后向溶液中加入过量的NaOH溶液，发生反应：FeCl ₃ +3NaOH=Fe(OH) ₃ ↓+3NaCl。AlCl ₃ +4NaOH=NaAlO ₂ +3NaCl+2H ₂ O。把Fe(OH) ₃ 沉淀过滤除去，然后向滤液中通入过量的CO ₂ 气体，发生反应NaAlO ₂ + CO ₂ +2H ₂ O= Al(OH) ₃ ↓+NaHCO ₃ .把Al(OH) ₃ 沉淀过滤出来洗涤干净，然后灼烧既得Al ₂ O ₃ 。另一种方法是把矿泥用NaOH溶液处理，可以得到NaAlO ₂ 和Na ₂ SiO ₃ 溶液，而Fe ₂ O ₃ 不溶，过滤除去。然后向滤液中加入过量的盐酸发生反应NaAlO ₂ +4HCl= AlCl ₃ +NaCl+2H ₂ O。Na ₂ SiO ₃ +2HCl=H ₂ SiO ₃ ↓+2NaCl。把硅酸沉淀过滤除去，再向滤液中通入过量的氨气，发生反应AlCl ₃ +3NH ₃ +3H ₂ O= Al(OH) ₃ ↓+3NH ₄ Cl。再把Al(OH) ₃ 沉淀过滤出来洗涤干净，然后灼烧既得Al ₂ O ₃ 。