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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:
4 Li + O₂ = 2 Li₂O (反应条件:自发反应，或者加热，或者点燃)(燃烧猛烈)
6 Li + N₂ = 2 Li₃N(反应条件:自发反应，或者加热，或者点燃)
2 Li + S = Li₂S (该反应放出大量热，爆炸!)
2 Li + 2 H₂O = 2 LiOH + H₂↑(现象:锂浮动在水面上，迅速反应，放出无色气体)
2 Li + 2 CH₃CH₂OH(乙醇) = 2 CH₃CH₂OLi(乙醇锂) + H₂↑
4 Li + TiCl₄ = Ti + 4 LiCl
2 Li + 2 NH₃(l.) = 2 LiNH₂ + 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 ，主要杂质为 。盐焙烧工艺提取锂辉矿中锂的
工艺流程如图所示：
已知：① 的 ， 的 ，溶液中离子浓度小于
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/℃ 0 10 20 50 75 100
的溶解度/g 1.539 1.406 1.329 1.181 0.866 0.728
回答下列问题：
(1)已知滤渣1的主要成分是 ，“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 ，“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 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 93%)制得bt ，则 的产率为_______。
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：KLi Al [AlSi O ](FOH) ，还含有铷、铯等稀有金属
1.5 1.5 3 10 2
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1
10-4，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LiCO 粗品所选择的试剂为___
2 3
A．冰水 B．热水 C．乙醇
(6)写出生成LiCO 粗品的化学方程式___________ 。
2 3
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( )、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 ，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 、 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 沉淀完全[ ]，则常温下应控制
___________[已知： 的 为 ]。
(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 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 碘标准溶液 ，
则沉钴过程中 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)
4．(2019届泾川市高三模拟)磷酸亚铁锂LiFePO 是一种新型汽车锂离子电池的电极材料。
4
某化工厂以铁红、锂辉石LiAl（SiO）（含少量Ca2+、Mg2+的盐）、碳粉等原料来生产
3 2
磷酸亚铁锂。其主要工艺流程如图：已知：2LiAl（SiO）+H SO (浓) LiSO +AlO·4SiO·H O↓
3 2 2 4 2 4 2 3 2 2
温度/℃ 20 40 60 80
溶解度(Li CO)/g 1.33 1.17 1.01 0.85
2 3
溶解度(Li SO )/g 34.2 32.8 31.9 30.7
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（1）从滤渣Ⅰ中可分离出Al O，如图所示。请写出生成沉淀的离子方程式___。
2 3
（2）滤渣Ⅱ的主要成分是：___（填化学式）。
（3）向滤液Ⅱ中加入饱和NaCO 溶液，过滤后，用“热水洗涤”的原因是___。
2 3
（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：FePO +Li LiFePO ，电池中的固体电解质可传导
4 4
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___。
