拓展延伸：高考热考的锂及其化合物

拓展延伸：高考热考的锂及其化合物(1)在IA族碱金属中，锂原子半径最小，极化能力强，表现出与Na和K等的不同性质，它与ⅡA族中的Mg相似，内在原因是处于对角线的Li和Mg，离子的电荷与半径的比值相近，即离子的电场强度相近。(2)锂与氧气反应生成氧化物Li2O，而不形成过氧化物和超氧化物；与氮气形成氮化物Li3N，而其他碱金属不能与N2直接化合；与碳反应生成乙炔锂(Li2C2)；与水反应生成氢气，但反应速率比Na或K缓慢地多，主要是因为生成的氢氧化锂溶解度小，覆盖在金属表面阻碍反应。(3)Li2CO3、Li3PO4和LiF等锂盐溶解度远远小于对应的钠盐和钾盐。【知识拓展】(8)LiAlH4遇水发生爆炸性反应生成氢气，是有机合成中重要的还原剂，可以还原醛、酮、酸中的不饱和碳氧双键(C=O)，也可以将硝基还原成氨基。(9)工业制取Li常用电解熔融氯化物的方法来大量生产。(4)LiOH，Li2CO3都不稳定，加热分解：2LiOHLi2O+H2O，Li2CO3Li2O+CO2↑，其他碱金属元素对应的碱和碳酸盐加热不易分解。(5)LiNO3加热分解生成氧化物：4LiNO32Li2O+4NO2↑+O2↑；其他碱金属硝酸盐

分解成亚硝酸盐和NO2。(6)LiCl·nH2O受热分解时发生水解，生成LiOH。(7)LiCoO2一般作为锂离子电池的正极材料，发生如下反应：放电Li1-xCoO2+LixCyLiCoO2+Cy充电放电【迁移应用】1.[结合电化学考查]磷酸铁锂电池在充放电过程中表现出了良好的循环稳定性，具有较长的循环寿命，放电时的反应为：LixC6+Li1-xFePO4

===6C+LiFePO4。某磷酸铁锂电池的切面如图所示，下列说法错误的是（

）A．放电时有NA个电子转移，就有1molLi+脱离石墨，

经电解质嵌入正极B．隔膜在反应过程中不允许Li+通过C．充电时电池正极上发生的反应为：LiFePO4－xe-

===Li1-xFePO4+xLi+D．充电时电子从电源负极流出经铜箔流入阴极材料隔膜铜箔电解质石墨铝箔Fe2+Fe3+Li+

【解析】A.原电池放电时，电解质中阳离子移向正极，即Li+脱离石墨，每有NA个电子转移，就有1molLi+脱离石墨，经电解质嵌入正极，A正确；√1.[结合电化学考查]磷酸铁锂电池在充放电过程中表现出了良好的循环稳定性，具有较长的循环寿命，放电时的反应为：LixC6+Li1-xFePO4===6C+LiFePO4。某磷酸铁锂电池的切面如图所示，下列说法错误的是（

）A．放电时有NA个电子转移，就有1molLi+脱离石墨，

经电解质嵌入正极B．隔膜在反应过程中不允许Li+通过C．充电时电池正极上发生的反应为：LiFePO4－xe-

===Li1-xFePO4+xLi+D．充电时电子从电源负极流出经铜箔流入阴极材料【迁移应用】隔膜铜箔电解质石墨铝箔Fe2+Fe3+Li+

【解析】B.该原电池中，负极反应式为LixC6－xe-===6C+xLi+，正极反应式为Li1-xFeO4+xLi++xe-===LiFePO4，所以隔膜为阳离子交换膜，在反应过程中只允许Li+通过，B错误；√×B1.[结合电化学考查]磷酸铁锂电池在充放电过程中表现出了良好的循环稳定性，具有较长的循环寿命，放电时的反应为：LixC6+Li1-xFePO4===6C+LiFePO4。某磷酸铁锂电池的切面如图所示，下列说法错误的是（

）A．放电时有NA个电子转移，就有1molLi+脱离石墨，

经电解质嵌入正极B．隔膜在反应过程中不允许Li+通过C．充电时电池正极上发生的反应为：LiFePO4－xe-

===Li1-xFePO4+xLi+D．充电时电子从电源负极流出经铜箔流入阴极材料【迁移应用】隔膜铜箔电解质石墨铝箔Fe2+Fe3+Li+

【解析】C.放电时，正极反应式为Li1-xFeO4+xLi++xe-=LiFePO4，充电时，原电池的正极与外加电源正极相接，电极反应与原电池正极反应相反，即充电时电池正极上发生的反应为LiFePO4-xe-=Li1-xFePO4+xLi+，C正确；√×B√1.[结合电化学考查]磷酸铁锂电池在充放电过程中表现出了良好的循环稳定性，具有较长的循环寿命，放电时的反应为：LixC6+Li1-xFePO4===6C+LiFePO4。某磷酸铁锂电池的切面如图所示，下列说法错误的是（

）A．放电时有NA个电子转移，就有1molLi+脱离石墨，

经电解质嵌入正极B．隔膜在反应过程中不允许Li+通过C．充电时电池正极上发生的反应为：LiFePO4－xe-

===Li1-xFePO4+xLi+D．充电时电子从电源负极流出经铜箔流入阴极材料【迁移应用】隔膜铜箔电解质石墨铝箔Fe2+Fe3+Li+

【解析】D.充电时电子从外电源负极→阴极、阳极→电源正极，即充电时电子从电源经铜箔流入负极材料，D正确。√×B√√2.[结合工艺流程考查]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、MgO、CaO等杂质)为原料来制取金属锂。其中一种工艺流程如图所示：已知：①部分金属氢氧化物开始沉淀和完全沉淀时的pH如下表：氢氧化物Fe(OH)3Al(OH)3Mg(OH)2开始沉淀pH2.73.79.6完全沉淀pH3.74.711②Li2CO3在不同温度下的溶解度如下表：温度/℃010205075100Li2CO3的溶解度1.5391.4061.3291.1810.8660.728请回答下列问题：(1)用氧化物形式表示LiAlSi2O6的组成：________________________。(2)反应Ⅱ加入碳酸钙的作用是___________________。(3)流程中两次使用碳酸钠溶液，请说明前后两次使用中浓度不同的原因：______________。(4)洗涤所得Li2CO3沉淀要使用________(填“热水”或“冷水”)，你选择的理由是________________。(5)将盐酸与Li2CO3完全反应后的溶液，加热蒸干得到固体，再将其熔融电解生产锂。电解时产生的氯气中会混有少量氧气，原因是：__________________________。(6)下列关于金属锂及碱金属的说法正确的是___________（填序号）。A．锂是碱金属，其熔点高于钠

B．根据对角线原则，氢氧化锂是强碱C．金属锂的氧化物形式十分复杂

D．碱金属中密度最小的是锂，其次是钠2.[结合工艺流程考查]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、MgO、CaO等杂质)为原料来制取金属锂。其中一种工艺流程如图所示：请回答下列问题：(1)用氧化物形式表示LiAlSi2O6的组成：__________________。【解析】(1)硅酸盐既可以用盐的形式表示，也可以用氧化物的形式表示。在用氧化物形式表示时要符合质量守恒定律。且一般情况下，金属氧化物写在前面，非金属氧化物写在后面。则LiAlSi2O6的氧化物的形式表示为Li2O·Al2O3·4SiO2。Li2O·Al2O3·4SiO22.[结合工艺流程考查]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、MgO、CaO等杂质)为原料来制取金属锂。其中一种工艺流程如图所示：请回答下列问题：(2)反应Ⅱ加入碳酸钙的作用是_______________________________________________________。(3)流程中两次使用碳酸钠溶液，请说明前后两次使用中浓度不同的原因：_______________________________________________________________________。已知：①部分金属氢氧化物开始沉淀和完全沉淀时的pH如下表：氢氧化物Fe(OH)3Al(OH)3Mg(OH)2开始沉淀pH2.73.79.6完全沉淀pH3.74.711除去反应Ⅰ中过量的H2SO4；控制pH，使Fe3＋、Al3＋完全沉淀第一次浓度过大会使部分Li+

沉淀；第二次浓度大则有利于Li2CO3沉淀的生成2.[结合工艺流程考查]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、MgO、CaO等杂质)为原料来制取金属锂。其中一种工艺流程如图所示：请回答下列问题：(4)洗涤所得Li2CO3沉淀要使用________(填“热水”或“冷水”)，你选择的理由是___________________________________________________________。②Li2CO3在不同温度下的溶解度如下表：温度/℃010205075100Li2CO3的溶解度1.5391.4061.3291.1810.8660.728【解析】(4)反应Ⅳ中由于Li2CO3溶解度小，所以生成Li2CO3沉淀，在实验室中从溶液中分离得到Li2CO3沉淀的操作是过滤。因为Li2CO3的溶解度随温度的升高而降低，所以洗涤所得Li2CO3沉淀要使用热水；Li2CO3在较高温度下溶解度小，用热水洗涤可减少Li2CO3的损耗热水2.[结合工艺流程考查]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、MgO、CaO等杂质)为原料来制取金属锂。其中一种工艺流程如图所示：请回答下列问题：(5)将盐酸与Li2CO3完全反应后的溶液，加热蒸干得到固体，再将其熔融电解生产锂。电解时产生的氯气中会混有少量氧气，原因是：________________________________________________________________________________________。【解析】(5)电解熔融氯化锂生产锂时，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生成LiOH，它受热分解生成Li2O，电解时产生O2。因此制取的氯气中常含有少量的O2。加热蒸干LiCl溶液时，LiCl有少量水解生成LiOH，受热分解生成Li2O，电解时产生O22.[结合工艺流程考查]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、MgO、CaO等杂质)为原料来制取金属锂。