高考化学二轮复习考点微专题17金属及其化合物制备流程（Li）（解析版）

微专题17金属及其化合物制备流程（Li）一、物质概况：金属锂为一种银白色的轻金属;熔点为180.54°C，沸点1342°C，密度0.534克/厘米³，硬度0.6。金属锂可溶于液氨。锂与其它碱金属不同，在室温下与水反应比较慢，但能与氮气反应生成黑色的一氮化三锂晶体。锂的弱酸盐都难溶于水。在碱金属氯化物中，只有氯化锂易溶于有机溶剂。锂的挥发性盐的火焰呈深红色，可用此来鉴定锂。锂很容易与氧、氮、硫等化合，在冶金工业中可用做脱氧剂。锂也可以做铅基合金和铍、镁、铝等轻质合金的成分。锂在原子能工业中有重要用途。二、物理性质：银白色金属。质较软，可用刀切割。是最轻的金属，密度比所有的油和液态烃都小，故应存放于固体石蜡或者白凡士林中(在液体石蜡中锂也会浮起)。锂的密度非常小，仅有0.534g/cm³，为非气态单质中最小的一个。因为锂原子半径小，故其比起其他的碱金属，压缩性最小，硬度最大，熔点最高。温度高于-117℃时，金属锂是典型的体心立方结构，但当温度降至-201℃时，开始转变为面心立方结构，温度越低，转变程度越大，但是转变不完全。在20℃时，锂的晶格常数为3.50Å，电导约为银的五分之一。*锂容易地与铁以外的任意一种金属熔合。锂的焰色反应为紫红色。三、化学性质：锂(Lithium)，是一种化学元素，是金属活动性较强的金属(金属性最强的金属是铯)，它的化学符号是Li，它的原子序数是3，三个电子其中两个分布在K层，另一个在L层。锂是所有金属中最轻的。因为锂的电荷密度很大并且有稳定的氦型双电子层，使得锂容易极化其他的分子或离子，自己本身却不容易极化。这一点就影响到它和它的化合物的稳定性。虽然锂的氢标电势是最负的，已经达到-3.045，但由于氢氧化锂溶解度不大而且锂与水反应时放热不能使锂融化，所以锂与水反应还不如钠剧烈，反应在进行一段时间后，锂表面的氮氧化物膜被溶解，从而使反应更加剧烈。在500℃左右容易与氢发生反应，产生氢化锂，是唯一能生成稳定得足以熔融而不分解的氢化物的碱金属，电离能5.392电子伏特，与氧、氮、硫等均能化合，是唯一的与氮在室温下反应，生成氮化锂(Li₃N)的碱金属。由于易受氧化而变暗。如果将锂丢进浓硫酸，那么它将在硫酸上快速浮动，燃烧并爆炸。如果将锂和氯酸钾混合(震荡或研磨)，它也有可能发生爆炸式的反应。锂的一些反应的化学反应方程式如下:4Li+O₂=2Li₂O(反应条件:自发反应，或者加热，或者点燃)(燃烧猛烈)6Li+N₂=2Li₃N(反应条件:自发反应，或者加热，或者点燃)2Li+S=Li₂S(该反应放出大量热，爆炸!)2Li+2H₂O=2LiOH+H₂↑(现象:锂浮动在水面上，迅速反应，放出无色气体)2Li+2CH₃CH₂OH(乙醇)=2CH₃CH₂OLi(乙醇锂)+H₂↑4Li+TiCl₄=Ti+4LiCl2Li+2NH₃(l.)=2LiNH₂+H₂↑氢化锂遇水发生猛烈的化学反应，产生大量的氢气。两公斤氢化锂分解后，可以放出氢气566千升。氢化锂的确是名不虚传的"制造氢气的工厂"。第二次世界大战期间，美国飞行员备有轻便的氢气源--氢化锂丸作应急之用。飞机失事坠落在水面时，只要一碰到水，氢化锂就立即与水发生反应，释放出大量的氢气，使救生设备(救生艇、救生衣、讯号气球等)充气膨胀。四、工业制备：工业上可以用如下的方法制备锂单质:将氯化锂在不超过其熔点(602℃)的温度下灼烧干燥1h。使用经过氢氧化钾脱水干燥的、新蒸馏的吡啶溶解上述氯化锂，制成11.81%的氯化锂的吡啶溶液作为电解液。用石墨板作阳极，光洁的铂片或铁片作阴极，无隔膜。电解时采用的电压为1.4V，电流密度为0.2~0.3A/100c㎡。五、工业用途：锂主要以硬脂酸锂的形式用作润滑脂的增稠剂。这种润滑剂兼有高抗水性、耐高温和良好的低温性能。锂化物用于陶瓷制品中，以起到助溶剂的作用。在冶金工业中也用来作脱氧剂或脱氯剂，以及铅基轴承合金。锂也是铍、镁、铝轻质合金的重要成分。重要途径之一就是发展向锂电池这样的新型电池。硼氢化锂和氢化铝锂，在有机化学反应中被广泛用做还原剂。锂广泛应用于电池、陶瓷、玻璃、润滑剂、制冷液、核工业以及光电等行业。随着电脑、数码相机、手机、移动电动工具等电子产品的不断发展，电池行业已经成为锂最大的消费领域。此外，碳酸锂是陶瓷产业减能耗、环保的有效途径之一，对锂的需求量也将会提高。与此同时，锂在玻璃中的各种新作用也在不断被发现，玻璃行业对锂的需求仍将保持增长。因而，玻璃和陶瓷行业成为了锂的第二大消费领域。六、碳酸锂的生产工艺碳酸锂是生产二次锂盐和金属锂制品的基础材料，因而成为了锂行业中用量最大的锂产品，其他锂产品其本上都是碳酸锂的下游产品。碳酸锂的生产工艺根据原料来源的不同可以分为盐湖卤水提取和矿石提取。目前，国外主要采用盐湖卤水提取工艺生产碳酸锂，我国则主要采用固体矿石提取工艺。虽然我国也在积极开采盐湖锂资源，但由于技术、资源等因素的限制，开发速度相对缓慢。1．矿石提取锂工艺2．盐湖卤水提取锂工艺1．(2021届辽宁省名校联盟高三下学期开学考试)锂辉矿是生产锂离子电池的重要矿物资源。锂辉矿的主要成分为SKIPIF1<0，主要杂质为SKIPIF1<0。盐焙烧工艺提取锂辉矿中锂的工艺流程如图所示：已知：①SKIPIF1<0的SKIPIF1<0，SKIPIF1<0的SKIPIF1<0，溶液中离子浓度小于SKIPIF1<0时，即认为沉淀完全。②碳酸锂在不同温度下的溶解度如表所示：温度/℃010205075100SKIPIF1<0的溶解度/g1.5391.4061.3291.1810.8660.728回答下列问题：(1)已知滤渣1的主要成分是SKIPIF1<0，“焙烧”过程发生反应的化学方程式为_______。(2)“水浸”过程中，为提高浸出速率，可采取的措施有_______(写出两条)；加入NaOH溶液的目的是去除SKIPIF1<0，“调节pH”过程需要调节pH的范围是_______。(3)“沉锂”过程发生反应的化学方程式为_______。(4)洗涤产品SKIPIF1<0需要使用_______(填“冷水”或热水”)，理由是_______，检验已洗涤干净的方法是_______。(5)某工厂用at锂辉矿(含SKIPIF1<093%)制得btSKIPIF1<0，则SKIPIF1<0的产率为_______。【答案】(1)SKIPIF1<0(2)升温、搅拌、减小烧渣粒径≥4.7(3)SKIPIF1<0(4)热水SKIPIF1<0在较高温度下溶解度小，用热水洗涤可减少SKIPIF1<0的损耗取最后一次洗涤液，加入盐酸酸化的SKIPIF1<0溶液，若无白色沉淀产生，则证明已洗涤干净(5)SKIPIF1<0×100%【详解】(1)锂辉矿(SKIPIF1<0)加入K2SO4焙烧，得到SKIPIF1<0和Li2SO4，发生的是非氧化还原反应，“焙烧”过程发生反应的化学方程式为SKIPIF1<0。(2)升温、搅拌、增大固体表面积加催化剂等都可以增大反应速率。根据已知信息①，可知溶液中SKIPIF1<0的浓度小于SKIPIF1<0即除净。根据给出的SKIPIF1<0和SKIPIF1<0的Ksp可知，SKIPIF1<0比SKIPIF1<0更难溶，所以只要Al3+沉淀完全，则Fe3+一定已经沉淀完全。SKIPIF1<0的SKIPIF1<0，当SKIPIF1<0时，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，则pH≥4.7，故当pH≥4.7时，Al3+、Fe3+沉淀完全。(3)根据流程信息可知，“沉锂”过程发生反应的化学方程式为SKIPIF1<0↓。(4)根据表格可知，SKIPIF1<0在较高温度下溶解度小，用热水洗涤可以减少SKIPIF1<0损耗。“沉锂”时，滤液中含有硫酸根离子，若产品碳酸锂已洗涤干净，则产品表面不含硫酸根离子，故检验沉淀已洗涤干净的方法是取最后一次洗涤液，加入盐酸酸化的SKIPIF1<0溶液，若无白色沉淀产生，则证明已洗涤干净。(5)设理论上生成SKIPIF1<0的质量为x，则根据关系式：SKIPIF1<0

故SKIPIF1<0，则SKIPIF1<0的产率为SKIPIF1<0。2．(2020届赣州市高三上学期期末)锂电池让移动智能生活成为可能。我省分布大量含锂云母的锂矿。锂云母主要成分为：KLi1.5Al1.5[AlSi3O10](FOH)2，还含有铷、铯等稀有金属及少量铁、镁等杂质。2019年，中国有色金属工业协会评估认为江西浩海锂能科技有限公司开发完成的“锂云母全组分利用绿色工艺及关键技术”达到了国际领先水平。以下是锂云母制备碳酸锂的一种工艺(部分流程步骤已省略)：请回答下列问题：(1)A可以用于刻蚀玻璃，则A的化学式为___________。25℃时，A的电离常数约为1SKIPIF1<010-4，则1mol/LA溶液的pH=___________。(2)酸浸时，要使浓硫酸尽可能耗尽，其主要原因是___________。(3)为了提高沸水浸出金属离子的效率，可以采取的措施有___________。(4)B主要成分为___________(填化学式)，母液中用于循环利用的主要物质为___________。(5)洗涤Li2CO3粗品所选择的试剂为___A．冰水B．热水C．乙醇(6)写出生成Li2CO3粗品的化学方程式___________。【答案】(1)HF2(2)使HF逸出，避免SiO2的溶解(3)沸水浴加热(4)SiO2、Fe(OH)3、Al(OH)3K2CO3、KOH(5)C(6)2LiOH+K2CO3SKIPIF1<0Li2CO3+2KOH【详解】(1)A可以用于刻蚀玻璃，则A的化学式为HF，25℃时，A的电离常数约为1×10-4，则1mol/L溶液的c(H+)=SKIPIF1<0=10-2mol/L，故pH=-lg(10-2)=2，故答案为：HF；2；(2)酸浸时，要使浓硫酸尽可能耗尽，其主要原因是使HF逸出，避免SiO2的溶解，故答案为：使HF逸出，避免SiO2的溶解；(3)为了提高沸水浸出金属离子的效率，可以采取的措施有沸水浴加热，保证温度恒定，故答案为：沸水浴加热；(4)B主要成分为SiO2、Fe(OH)3、Al(OH)3，母液中用于循环利用的主要物质为K2CO3、KOH，故答案为：SiO2、Fe(OH)3、Al(OH)3；K2CO3、KOH；(5)洗涤Li2CO3粗品所选择的试剂为乙醇，可减少固体的溶解损失，故答案为：C；(6)生成Li2CO3粗品的化学方程式为2LiOH+K2CO3SKIPIF1<0Li2CO3+2KOH，故答案为：2LiOH+K2CO3SKIPIF1<0Li2CO3+2KOH。3．(2021年河北省高中名校名师原创)钴酸锂电池的正极材料含有钴酸锂(SKIPIF1<0)、导电剂乙炔黑、铝箔及少量铁，通过如图工艺流程可回收铝、钴、锂。回答下列问题：(1)钴酸锂电池放电时负极反应式为SKIPIF1<0，拆解废旧电池前进行放电处理，既可保证安全又有利于回收锂。有利于回收锂的原因是___________。(2)“酸浸”时SKIPIF1<0、SKIPIF1<0元素的浸出率随温度的变化如图所示：“酸浸”的适宜温度是___________，该过程有多个反应，钴酸锂发生的主要反应的离子方程式为___________。(2)“调pH除杂”的目的是使SKIPIF1<0沉淀完全[SKIPIF1<0]，则常温下应控制SKIPIF1<0___________[已知：SKIPIF1<0的SKIPIF1<0为SKIPIF1<0]。(4)沉锂过程要对所得滤渣进行洗涤，检验沉淀是否洗净的操作为___________。(5)沉钴的化学方程式为___________。将SKIPIF1<0溶液沉钴所得晶体配成溶液，经过一系列处理后通过滴定实验测得消耗SKIPIF1<0碘标准溶液SKIPIF1<0，则沉钴过程中SKIPIF1<0的产率为___________。(已知：在“一系列处理”过程中二价钴被碘氧化成三价钴)【答案】(1)负极生成的锂离子向正极移动，在正极上生成钴酸锂，便于回收(2)80℃SKIPIF1<0(2)3(4)取少量最后一次洗涤液于试管中，加盐酸酸化，再滴加氯化钡溶液，若不产生白色沉淀，说明已洗涤干净，反之则未洗净(5)SKIPIF1<097%【详解】(1)由酸锂电池放电时负极反应式可知，拆解废旧电池前进行放电处理可使负极中的锂元素转化为锂离子进入电解质溶液中，锂离子向正极移动，在正极上生成钴酸锂，有利于回收利用，故答案为：负极生成的锂离子向正极移动，在正极上生成钴酸锂，便于回收；(2)由图可知，当温度高于80℃时，钴元素的浸出率降低，则酸浸的适宜温度是80℃；由题意可知，在酸性溶液中，钴酸锂与过氧化氢发生氧化还原反应生成硫酸锂、硫酸亚钴、氧气和水，反应的离子方程式为SKIPIF1<0，故答案为：80℃；SKIPIF1<0；(3)由氢氧化铁的Ksp=c(Fe3+)c3(OH—)可得c(Fe3+)=SKIPIF1<0≤1×10—5mol/L，解得c(OH—)≥SKIPIF1<0mol/L=1×10—11mol/L，则常温下应控制pH≥3，故答案为：3；(4)沉锂过程发生的反应为硫酸锂溶液与碳酸钠溶液反应生成碳酸锂沉淀和硫酸钠，则检验沉淀是否洗净就是检验洗涤液中是否含有硫酸根离子，具体的实验操作为取少量最后一次洗涤液于试管中，加盐酸酸化，再滴加氯化钡溶液，若不产生白色沉淀，说明已洗涤干净，反之则未洗净，故答案为：取少量最后一次洗涤液于试管中，加盐酸酸化，再滴加氯化钡溶液，若不产生白色沉淀，说明已洗涤干净，反之则未洗净；(5)沉钴发生的反应为硫酸亚钴溶液和草酸铵溶液反应生成二水草酸亚钴沉淀和硫酸铵，反应的化学方程式为SKIPIF1<0，100mL0.50mol/L硫酸亚钴理论上可制得SKIPIF1<0的物质的量为0.50mol/L×0.1L=0.050mol，由题意可得：2SKIPIF1<0—I2，由消耗48.50mL0.50mol/L碘标准溶液可知实际制得SKIPIF1<0的物质的量为0.50mol/L×0.04850L×2=0.0485mol，则沉钴过程中SKIPIF1<0的产率为SKIPIF1<0×100%=97%，故答案为：SKIPIF1<0；97%。4．(2019届泾川市高三模拟)磷酸亚铁锂LiFePO4是一种新型汽车锂离子电池的电极材料。某化工厂以铁红、锂辉石LiAl（SiO3）2（含少量Ca2+、Mg2+的盐）、碳粉等原料来生产磷酸亚铁锂。其主要工艺流程如图：已知：2LiAl（SiO3）2+H2SO4(浓)Li2SO4+Al2O3·4SiO2·H2O↓温度/℃20406080溶解度(Li2CO3)/g1.331.171.010.85溶解度(Li2SO4)/g34.232.831.930.7（1）从滤渣Ⅰ中可分离出Al2O3，如图所示。请写出生成沉淀的离子方程式___。（2）滤渣Ⅱ的主要成分是：___（填化学式）。（3）向滤液Ⅱ中加入饱和Na2CO3溶液，过滤后，用“热水洗涤”的原因是___。（4）写出在高温下生成磷酸亚铁锂的化学方程式：___。（5）磷酸亚铁锂电池总反应为：FePO4+LiLiFePO4，电池中的固体电解质可传导Li+。试写出该电池放电时的正极反应：___。若用该电池电解饱和食盐水（电解池电极均为惰性电极），当电解池两极共有4480mL气体（标准状况）产生时，该电池消耗锂的质量为___。【答案】（1）Al3++3NH3·H2O=Al(OH)3↓+3NH4+（2）Mg(OH