Question

【题目】锑(Sb)广泛用于生产各种阻燃剂、陶瓷、半导体元件、医药及化工等领域。以辉锑矿为原料制备金属锑，其一种工艺流程如下：

已知部分信息如下：

I.辉锑矿(主要成分为Sb2S3，还含有As2S5、PbS、CuO和SiO2等)；

Ⅱ.浸出液主要含盐酸和SbCl3，还含SbCl2、CuCl2、AsCl3和PbCl2等杂质；

Ⅲ.常温下，Ksp(CuS)=1.0×10-36，Ksp(PbS)=9.0×10-29。

回答下列问题：

(1)NaH2PO2中P的化合价为___________。

(2)“酸浸”过程中SbCl3和Sb2S3反应有S生成，该反应的还原产物是___________(填化学式)。

(3)写出“还原”反应的化学方程式：_________________________________。

(4)已知：浸出液中C(Cu2+)=0.01mo/L、C(Pb2+)=0.1mo/L。在沉淀铜、铅过程中，缓慢滴加极稀的硫化钠溶液，先产生的沉淀是______________________(填化学式)；当CuS、PbS共沉时，___________。

(5)在“除砷”过程中，氧化产物为H3PO4。该反应中氧化剂还原剂的物质的量之比为_______。常温下，SbCl2溶液的pH<7，用离子方程式表示其原因：_____________________。

(6)在“电解”过程中，以惰性材料为电极，阴极的电极反应式为______________________；“电解”中锑的产率与电压大小关系如图所示。当电压超过U0V时，锑的产率降低的原因可能是______________________。

Answer 1

【答案】+1 SbCl3 3SbCl5+2Sb=5SbCl3 CuS 9.0×107 4:3 Sb3++3H2OSb(OH)3+3H+ Sb3++3e-=Sb H+参与了电极反应

【解析】

辉锑矿(主要成分为Sb2S3，还含有PbS、As2S3、CuO、SiO2等)加入盐酸浸取得当浸取液，浸出液中除含过量盐酸和SbCl5之外，还含有SbCl3、PbCl2、AsCl3、CuCl2等，滤渣1中除了生成的S之外还有为溶解的二氧化硅，浸出液中加入Sb还原SbCl5，生成SbCl3，加入Na2S时保证Cu2+和Pb2+均沉淀完全，过滤得到滤渣2为CuS、PbS，滤液中加入Na3PO2溶液除砷，生成磷酸和砷单质，剩余SbCl3溶液，通电电解得到Sb。

(1)根据化合物中元素正负化合价代数和为0判断；

(2)“浸出”时之，Sb2S3在溶液中和SbCl5发生氧化还原反应，生成单质硫和三价氯化物；

(3)“还原”时Sb和SbCl5反应生成SbCl3，根据原子守恒即可得反应的化学方程式；

(4)根据Ksp(CuS)=1.0×10-36、Ksp(PbS)=9.0×10-29，c(Cu2+)=0.01mol/L、c(Pb2+)=0.10 mol/L时形成CuS和PbS沉淀时溶液中S2-的浓度，判断最先生成的沉淀成分；当CuS、PbS共沉时，；所加Na2S也不宜过多，目的是避免生成有毒气体硫化氢等；

(5)滤液中加入Na3PO2溶液除砷，生成磷酸和砷单质，结合电子守恒、原子守恒配平书写化学方程式，再判断反应中氧化剂、还原剂的物质的量之比；根据该盐是强酸弱碱盐，用盐的水解规律分析；

(6)电解池阳极Cl-发生氧化反应生成氯气，阴极Sb3+发生还原反应生成Sb；阴极周围有H+和Sb3+，一定条件下H+也可以被还原生成氢气。

辉锑矿(主要成分为Sb2S3，还含有PbS、As2S3、CuO、SiO2等)加入盐酸浸取得当浸取液，浸出液中除含过量盐酸和SbCl5之外，还含有SbCl3、PbCl2、AsCl3、CuCl2等，滤渣1中除了生成的S之外还有为溶解的二氧化硅，浸出液中加入Sb还原SbCl5，生成SbCl3，加入Na2S溶液，Cu2+和Pb2+均沉淀完全，过滤得到滤渣2为CuS、PbS，滤液中加入Na3PO2溶液除砷，生成磷酸和砷单质，剩余SbCl3溶液，通电电解得到Sb；

(1)在NaH2PO2中Na为+1价，H为+1价，O为-2价，根据化合物中元素正负化合价代数和为0，可知P的化合价为+1价；

(2)“浸出”时之，Sb2S3在溶液中和SbCl5发生氧化还原反应，生成单质硫和三价氯化锑，反应的化学方程式为：Sb2S3+3SbCl5=5SbCl3+3S，其中还原产物是SbCl3；

(3)“还原”时Sb和SbCl5反应生成SbCl3，反应的化学方程式为3SbCl5+2Sb=5SbCl3；

(4)Ksp(CuS)=1.0×10-36、c(Cu2+)=0.01mol/L，则生成CuS时溶液中S2-的浓度为c(S2-)=mol/L=1.0×10-34mol/L，Ksp(PbS)=9.0×10-29、c(Pb2+)=0.10 mol/L，则形成PbS沉淀时溶液中S2-的浓度为c(S2-)=mol/L=9.0×10-27mol/L，可见最先生成的是CuS沉淀；当CuS、PbS共沉时，==9.0×107；所加Na2S也不宜过多，否则产生H2S等污染性气体或生成Sb2S3；

(5)滤液中加入Na3PO2溶液除砷，生成磷酸和砷单质，根据电子守恒及原子守恒，可得反应的化学方程式为：4AsCl3+3Na3PO2+6H2O=4As+3H3PO4+9NaCl+3HCl，其中AsCl3是氧化剂，Na3PO2是还原剂，两者的物质的量之比为4：3；常温下，SbCl3溶液的pH<7，是由于SbCl3是强酸弱碱盐，在溶液中Sb2+会发生水解反应，消耗水电离产生的OH-，当最终达到平衡时，溶液中c(H+)>c(OH-)，因此溶液显酸性，用离子方程式表示其原因为Sb3++3H2OSb(OH)3+3H+；

(6)电解池阳极发生氧化反应生成氯气，阴极发生还原反应生成Sb，则阳极电极反应式为2Cl--2e-=Cl2↑；阴极电极反应式为Sb3++3e-=Sb，在阴极周围有H+和Sb3+，当电压超过UoV时，H+参与了电极反应，被还原生成氢气，从而导致锑的产率降低。