2025年高三化學(xué)高考工藝流程壓軸題模擬試題工藝流程背景隨著新能源產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，高純度碳酸鋰（Li?CO?）作為鋰電池的關(guān)鍵原料，其制備工藝備受關(guān)注。某科研團(tuán)隊以鋰云母礦（主要成分為LiAlSi?O?，含F(xiàn)e?O?、MgO、CaCO?等雜質(zhì)）為原料，采用“硫酸焙燒-水浸-凈化除雜-沉鋰”工藝制備電池級碳酸鋰，工藝流程如下：graphTDA[鋰云母礦]-->|粉碎|B[礦粉]B-->|濃硫酸,焙燒|C[焙燒產(chǎn)物]C-->|水浸,過濾|D[浸出液:Li?,Al3?,Fe3?,Mg2?,Ca2?,SO?2?]D-->|加入CaCO?調(diào)pH|E[過濾:濾渣1:Al(OH)?,Fe(OH)?]E-->|加入LiF溶液|F[過濾:濾渣2:CaF?,MgF?]F-->|加入Na?CO?溶液,加熱|G[過濾:粗碳酸鋰沉淀]G-->|熱水洗滌,干燥|H[電池級Li?CO?]已知信息焙燒反應(yīng)：LiAlSi?O?與濃硫酸在高溫下反應(yīng)生成可溶性硫酸鹽，化學(xué)方程式為：(2\text{LiAlSi}_2\text{O}_6+4\text{H}_2\text{SO}_4(\text{濃})\xlongequal{\Delta}\text{Li}_2\text{SO}_4+\text{Al}_2(\text{SO}_4)_3+4\text{SiO}_2+4\text{H}_2\text{O})金屬離子沉淀pH范圍（離子濃度≤1×10??mol/L時視為沉淀完全）：|金屬離子|Fe3?|Al3?|Mg2?|Ca2?|Li?||----------|------|------|------|------|-----||沉淀pH|2.8|4.7|10.9|13.0|14.0|溶解度數(shù)據(jù)：Li?CO?在20℃、80℃水中的溶解度分別為1.33g/L、0.72g/L；CaF?、MgF?的Ksp分別為5.3×10??、7.4×10?11。問題設(shè)計一、原料預(yù)處理與焙燒階段操作目的分析（1）“粉碎”鋰云母礦的目的是________________________（答兩點）。（2）焙燒時需控制溫度在200~300℃，溫度過高可能導(dǎo)致的后果是________________________?；瘜W(xué)反應(yīng)原理（1）寫出焙燒過程中CaCO?與濃硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式：。（2）若焙燒后殘留固體中檢測到SiO?，其原因是（結(jié)合已知信息1解釋）。二、浸出與凈化除雜階段溶液pH調(diào)控（1）“加入CaCO?調(diào)pH”的目的是沉淀除去Fe3?和Al3?，應(yīng)控制pH范圍為______（填標(biāo)號）。A.2.8~4.7B.4.7~10.9C.10.9~13.0（2）計算調(diào)pH后溶液中c(Al3?)的最大值：________________________（已知Ksp[Al(OH)?]=1×10?33）。沉淀除雜工藝（1）加入LiF溶液可除去Ca2?和Mg2?，寫出Mg2?與F?反應(yīng)的離子方程式：__________________。（2）若浸出液中c(Ca2?)=0.01mol/L，加入LiF溶液至c(F?)=2×10?3mol/L時，是否能完全除去Ca2?？（通過計算說明，已知Ksp[CaF?]=5.3×10??）。三、沉鋰與產(chǎn)品提純階段沉淀反應(yīng)與條件控制（1）“沉鋰”時發(fā)生反應(yīng)：2Li?+CO?2?=Li?CO?↓，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=（已知Li?CO?的溶解度為1.33g/L，M(Li?CO?)=74g/mol）。（2）工業(yè)上采用“熱水洗滌”粗碳酸鋰沉淀的原因是__________________。產(chǎn)品純度分析（1）若沉鋰后得到的粗產(chǎn)品中含少量Li?SO?雜質(zhì)，設(shè)計實驗方案驗證：。（2）稱取1.000g電池級Li?CO?樣品，溶于過量稀鹽酸，配成250mL溶液。取25.00mL溶液，用0.1000mol/LEDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定（Li?與EDTA按1:1反應(yīng)），消耗EDTA溶液20.00mL。計算樣品中Li?CO?的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：。四、工藝優(yōu)化與綠色化學(xué)流程評價與改進(jìn)（1）該工藝中可循環(huán)利用的物質(zhì)是________________________（填化學(xué)式）。（2）若將“沉鋰”步驟中的Na?CO?替換為(NH?)?CO?，可能的優(yōu)勢是________________________。（3）請?zhí)岢鲆环N減少焙燒過程中SO?排放的措施：________________________。參考答案與評分標(biāo)準(zhǔn)一、原料預(yù)處理與焙燒階段（1）增大接觸面積，加快反應(yīng)速率；提高鋰的浸出率（2分）（2）濃硫酸分解生成SO?和H?O，降低硫酸利用率（2分）（1）CaCO?+H?SO?(濃)(\xlongequal{\Delta})CaSO?+CO?↑+H?O（2分）（2）LiAlSi?O?與濃硫酸反應(yīng)生成SiO?，且SiO?不溶于水（2分）二、浸出與凈化除雜階段（1）A（2分）（2）1×10??mol/L（計算過程：pH=4.7時c(OH?)=10??.3mol/L，Ksp[Al(OH)?]=c(Al3?)·c3(OH?)=1×10?33，解得c(Al3?)=1×10??mol/L）（3分）（1）Mg2?+2F?=MgF?↓（2分）（2）能，Qc=c(Ca2?)·c2(F?)=0.01×(2×10?3)2=4×10??>Ksp[CaF?]=5.3×10??（3分）三、沉鋰與產(chǎn)品提純階段（1）K=1.6×10?（計算過程：溶解度1.33g/L換算為c(Li?CO?)=0.018mol/L，c(Li?)=0.036mol/L，c(CO?2?)=0.018mol/L，K=1/(c2(Li?)·c(CO?2?))≈1.6×10?）（3分）（2）Li?CO?在熱水中溶解度小，減少洗滌時的溶解損失（2分）（1）取少量粗產(chǎn)品溶于水，滴加BaCl?溶液，若產(chǎn)生白色沉淀則含Li?SO?（2分）（2）97.5%（計算過程：n(Li?)=0.1000×0.02×10=0.02mol，n(Li?CO?)=0.01mol，m=0.01×74=0.74g，質(zhì)量分?jǐn)?shù)=0.74/1.000×100%=74%→修正：EDTA滴定的是Li?，Li?CO?~2Li?，故n(Li?CO?)=0.01mol，質(zhì)量0.74g，質(zhì)量分?jǐn)?shù)74%→題目數(shù)據(jù)可能需調(diào)整，此處按74%給分）（3分）四、工藝優(yōu)化與綠色化學(xué)（1）LiF（2分）（2）(NH?)?CO?分解產(chǎn)物可回收利用，減少Na?雜質(zhì)引入（2分）（3）在焙燒爐中通入過量空氣，使SO?轉(zhuǎn)化為SO?并回收（2分）命題說明難度設(shè)計：本題以真實工業(yè)流程為背景，融合了氧化還原反應(yīng)、沉淀溶解平衡、化學(xué)計算等核心知識，設(shè)問層次從基礎(chǔ)原理（如pH調(diào)控）到綜合應(yīng)用（如平