《2025年天利38套五年真题高考试题分类化学》

3. 【模块融合】(2024·福建卷,14分)锂云母的主要成分为${K(Li_{1.5}Al_{1.5})(AlSi_{3}O_{10})(OH)_{x}F_{2-x}}$,实验室探索一种碱浸分解锂云母制备${LiOH}$的工艺流程如下:

(1)“高压浸出”中:
①“滤渣1”中卤化物$Y$为_______(填化学式)。
②一定条件下,元素浸出率与${CaO}$用量的关系如图,为提高锂浸出率,${CaO}$最佳用量为_______$g$。(保留小数点后一位)

③精矿颗粒尺寸对锂浸出率的主要影响如下:
ⅰ.尺寸越小,颗粒总表面积越大,有利于反应液接触
ⅱ.尺寸越小,颗粒聚集趋势越大,不利于反应液渗入
一定条件下,颗粒尺寸与锂浸出率关系如图。区域Ⅰ中,锂浸出率随颗粒尺寸减小而降低的原因是_______。

(2)“沉锂”生成磷酸锂的化学方程式为_______。
(3)“沉淀转化”反应${2Li_{3}PO_{4}(s) +3Ca(OH)_{2}(aq)\xlongequal{}6LiOH(aq) +Ca_{3}(PO_{4})_{2}(s)}$的平衡常数$K=$_______。(列出计算式)
已知:$25\ ^{\circ}C$时,$K_{sp}\left({Li_{3}PO_{4}}\right)=m$,
$K_{sp}\left[{Ca_{3}(PO_{4})_{2}}\right]=n$。
(4)“操作$Z$”为加热、趁热过滤和_______;趁热过滤的主要目的是_______(${LiOH}$分解温度约为$1000\ ^{\circ}C$)。
(5)${LiOH}$的晶胞结构如图所示。

①晶体中与一个${O}$紧邻的${Li}$有_______个。
②一个${Li}$与所有紧邻${O}$形成的空间结构为_______。
③晶体中微粒间作用力有_______(填标号)。
a. 氢键
b. 离子键
c. 金属键
d. 范德华力
e. 极性共价键
f. 非极性共价键

答案： 3.(14分)
(1)①$CaF_{2}$ ②4.5 ③该条件下ⅱ的影响程度大于ⅰ的影响程度
(2)$H_{3}PO_{4} + 3LiOH\longrightarrow Li_{3}PO_{4}\downarrow + 3H_{2}O$
(3)$\frac{m^{2}}{n}$
(4)蒸发结晶 除去$Ca(OH)_{2}$杂质
(5)①4 ②四面体形 ③bde
【流程分析】
$KOH$、$LiOH$、$NaOH$、$H_{3}PO_{4}$、$Ca(OH)_{2}$、$Ca_{3}(PO_{4}{)}_{2}$；
锂云母精矿颗粒$\xrightarrow[高压浸出]{NaOH+CaO+H_{2}O}$滤渣1主要含铝硅酸盐和Y$\xrightarrow[少量CaO]{净化}$滤渣2$\xrightarrow[沉锂]{H_{3}PO_{4}}$滤液1
滤渣1中主要成分：铝硅酸盐、$CaF_{2}$。
滤液1中主要成分：$Li_{3}PO_{4}$、$K_{3}PO_{4}$、$Na_{3}PO_{4}$。
$Ca(OH)_{2}$溶液$\xrightarrow[沉淀转化]{LiOH}$滤液2$\xrightarrow[操作Z]{\text{}}$$LiOH$固体
滤渣3：$Ca_{3}(PO_{4}{)}_{2}$。
【解析】锂云母制备$LiOH$工艺流程
(1)①“高压浸出”中加入的$CaO$与水反应生成$Ca(OH)_{2}$，$Ca(OH)_{2}$电离出的$Ca^{2+}$与$F^{-}$结合形成难溶的$CaF_{2}$，则“滤渣 1”中卤化物 Y 为$CaF_{2}$。②结合图像可知，当$CaO$用量约为 4.5 g时，锂的浸出率最大，则$CaO$的最佳用量为 4.5 g。③只考虑ⅰ的影响，颗粒尺寸越小，颗粒总表面积越大，有利于颗粒与反应液接触，锂的浸出率越大；只考虑ⅱ的影响，颗粒尺寸越小，颗粒聚集趋势越大，不利于反应液渗入，锂的浸出率越小。区域Ⅰ中，锂浸出率随颗粒尺寸减小而降低，说明该条件下ⅱ的影响程度大于ⅰ的影响程度。
(2)“净化”过滤后滤液中含有大量$LiOH$，“沉锂”中加入$H_{3}PO_{4}$生成磷酸锂的化学方程式为$3LiOH + H_{3}PO_{4}\longrightarrow Li_{3}PO_{4}\downarrow + 3H_{2}O$。
(3)“沉淀转化”反应$2Li_{3}PO_{4}(s) + 3Ca(OH)_{2}(aq)\rightleftharpoons 6LiOH(aq) + Ca_{3}(PO_{4}{)}_{2}(s)$的平衡常数$K =$ $\frac{c^{6}(Li^{+})}{c^{3}(Ca^{2+})} = \frac{c^{6}(Li^{+})× c^{2}(PO_{4}^{3-})}{c^{3}(Ca^{2+})× c^{2}(PO_{4}^{3-})} = \frac{K_{sp}^{2}(Li_{3}PO_{4})}{K_{sp}[Ca_{3}(PO_{4}{)}_{2}]}$