Question

【題目】二氟磷酸鋰(LiPO2F2)作為電解液添加劑能夠有效提升鋰電池的循環性能。在氮氣氣氛下，在PFA(全氟烷氧基樹脂)燒瓶中加入高純LiPF6和Li2CO3固體，以碳酸二甲酯作溶劑制備LiPO2F2，其流程如下：

已知：LiPF6是一種白色結晶或粉末，潮解性強，遇水發生反應如下：LiPF6＋H2OLiF＋POF3↑＋2HF↑

（1）反應Ⅰ需要控制在60℃的條件下進行，適宜的加熱方式為_____________。

（2）反應Ⅰ中有一種無色無味的氣體生成，該氣體的電子式為_______________。反應Ⅰ的化學方程式為______________________________________。

（3）高純LiPF6需要控制適當過量的原因可能是_____________________________。 LiPO2F2制備過程中不采用玻璃儀器的原因是____________________________。

（4）保持其他實驗條件都不變，在精制過程中加入提純溶劑(雜質和LiPO2F2均可溶解在提純溶劑中)，LiPO2F2在提純溶劑中的濃度對產品純度和收率(收率＝×100%)的影響如圖所示。由圖可知，隨著LiPO2F2濃度的減小，產品純度逐漸增大，收率逐漸降低。其原因可能是_______

（5）已知：常溫下，碳酸鋰微溶于水，碳酸氫鋰可溶于水。工業級碳酸鋰中含有少量難溶于水且與CO2不反應的雜質。請設計從工業級碳酸鋰制備高純碳酸鋰的實驗方案。(實驗中須使用的試劑有：去離子水，CO2氣體；除常用儀器外須使用的儀器：恒溫水浴鍋、真空干燥箱)__________

（6）已知碳酸鋰Ksp=8.6×10-4,向濃度為0.2mol·L－1的硫酸鋰溶液中加入等體積的碳酸鈉溶液產生沉淀,則所加碳酸鈉溶液的最低濃度為______________________。

Answer 1

【答案】：水浴加熱 LiPF6+2Li2CO3 LiPO2F2+2CO2↑+LiF LiPF6易潮解，遇水反應會損耗 玻璃中含有SiO2會與含氟物質發生反應 當加入越多的提純溶劑，會溶解更多的雜質，產品的純度提高，但同時也溶解了越來越多的LiPO2F2產品，導致產品收率降低 向工業級碳酸鋰中加入一定量的去離子水，攪拌均勻，通入過量CO2氣體，過濾，將濾液置于恒溫水浴鍋中至大量固體析出，過濾，用去離子水洗滌，真空干燥箱干燥，得到高純度碳酸鋰 0.043mol/L

【解析】

根據流程圖中反應物和生成物的性質及原子守恒原理判斷生成物，書寫反應方程式；根據二氧化碳的成鍵特點書寫電子式；根據題干信息中物質的性質分析分離與提純過程中的操作方法；根據溶度積表達式計算沉淀時溶液中的離子濃度。

（1）要控制在60℃的條件下進行，則適宜的加熱方式為水浴加熱，故答案為：水浴加熱；

（2）反應I中有Li2CO3參加，則生成的無色無味氣體為二氧化碳，屬于共價化合物，電子式為；根據流程圖知反應I中的反應物為LiPF6和Li2CO3，產物為LiPO2F2、CO2和LiF，則反應方程式為：LiPF6+2Li2CO3 LiPO2F2+2CO2↑+LiF；

故答案為：；LiPF6+2Li2CO3 LiPO2F2+2CO2↑+LiF；

（3）根據題干信息知，LiPF6易潮解，遇水反應會損耗，需要控制適當過量；玻璃中含有SiO2會與含氟物質發生反應，所以不采用玻璃儀器，故答案為：LiPF6易潮解，遇水反應會損耗；玻璃中含有SiO2會與含氟物質發生反應；

（4）根據收率表達式(收率＝×100%)及題干信息分析知，當加入越多的提純溶劑，會溶解更多的雜質，產品的純度提高，但同時也溶解了越來越多的LiPO2F2產品，導致產品收率降低，故答案為：當加入越多的提純溶劑，會溶解更多的雜質，產品的純度提高，但同時也溶解了越來越多的LiPO2F2產品，導致產品收率降低；

（5）根據題干信息知，通入二氧化碳氣體可以將微溶碳酸鋰轉化為可溶的碳酸氫鋰，過濾方法除去難溶雜質，然后加熱析出晶體，故答案為：向工業級碳酸鋰中加入一定量的去離子水，攪拌均勻，通入過量CO2氣體，過濾，將濾液置于恒溫水浴鍋中至大量固體析出，過濾，用去離子水洗滌，真空干燥箱干燥，得到高純度碳酸鋰；

（6）加入等體積的碳酸鈉溶液，則溶液濃度變為原來1/2，Ksp==8.6×10-4，則c(Na2CO3)=c(CO32-)==0.0215mol/L，則所加碳酸鈉溶液的最低濃度為0.0215mol/L×2=0.043mol/L，故答案為：0.043mol/L。