题目内容
【题目】铋(Bi)的无毒与不致癌性有很多特殊用途,其化合物广泛应用于电子、医药等领域。由辉铋矿(主要成分为Bi2S3,含杂质PbO2等)制备Bi2O3的工艺如下:
已知:①25℃时,K sp(FeS)=6.0×10-18 K sp(PbS)=3.0×10-28
K sp(Bi2S3)=1.6×10-20
②溶液中的离子浓度小于等于10-5mol L-1时,认为该离子沉淀完全。
(1)Bi位于元素周期表第六周期,与N、P同族,Bi的原子结构示意图为________。
(2)“浸出”时Bi2S3与FeCl3溶液反应的化学方程式为___________________;反应液必须保持强酸性,否则铋元素会以BiOCl(碱式氯化铋)形式混入浸出渣使产率降低,原因是________(用离子方程式表示)。
(3)“母液1”中通入气体X后可循环利用,气体X的化学式为________。
(4)“粗铋”中含有的杂质主要是Pb,通过熔盐电解精炼可达到除杂的目的,其装置如右图。电解后,阳极底部留下的为精铋。阳极材料为____________,阴极的电极反应式为________________。
(5)碱式硝酸铋直接灼烧也能得到Bi2O3,上述工艺中转化为碱式碳酸铋再灼烧,除了能改良产品性状,另一优点是________。“母液2”中可回收的主要物质是________。
(6)25℃时,向浓度均为0.1mol·L-1的Fe2+、Pb2+、Bi3+的混合溶液中滴加Na2S溶液,当Pb2+恰好沉淀完全时,所得溶液中c(Fe2+):c(Bi3+)=__________________
【答案】 6FeCl3+Bi2S3=2BiCl3+6FeCl2+3S Bi3++H2O+Cl-=BiOCl↓+H+ Cl2 粗铋 Pb2++2e-=Pb 没有污染性气体产生 NH4NO3 1:1
【解析】辉铋矿(主要成分是Bi2S3.还含少量Bi2O3,SiO2等杂质)制备Bi2O3,辉铋矿加入氯化铁溶液和盐酸溶解后过滤,氯化铁氧化硫离子为硫单质,盐酸是防止FeCl3及BiCl3水解生成不溶性沉淀,得到滤渣为SiO2和S,浸出液中含有Bi3+,H+,Fe2+,浸出液中加入铁粉过滤得到粗铋,和母液1主要是氯化亚铁;粗铋精炼后得到精铋,精铋用硝酸溶解后,再加入(NH4)2CO3,得到碱式碳酸铋,和母液2,主要含有硝酸铵,碱式碳酸铋煅烧生成Bi2O3。
(1)Bi位于元素周期表第六周期,与N、P同族,最外层有5个电子,Bi的原子结构示意图为,故答案为:
;
(2)“浸出”时Bi2S3与FeCl3溶液反应的化学方程式为6FeCl3+Bi2S3=2BiCl3+6FeCl2+3S;反应液必须保持强酸性,否则铋离子水解生成BiOCl(碱式氯化铋),使产率降低,离子方程式为Bi3++H2O+Cl-=BiOCl↓+H+,故答案为:6FeCl3+Bi2S3=2BiCl3+6FeCl2+3S ;Bi3++H2O+Cl-=BiOCl↓+H+;
(3) “母液1” 主要是氯化亚铁,通入氯气后生成氯化铁,然后循环使用,故答案为:Cl2;
(4)“粗铋”中含有的杂质主要是Pb,通过熔盐电解精炼可达到除杂的目的,电解后,阳极底部留下的为精铋。电解精炼时,粗铋作阳极,阳极上发生氧化反应,Pb放电变成Pb2+进入溶液,阴极上发生还原反应,电极反应式为Pb2++2e-=Pb,故答案为:粗铋;Pb2++2e-=Pb;
(5)碱式硝酸铋直接灼烧得到Bi2O3、二氧化碳和水,上述工艺中转化为碱式碳酸铋再灼烧,除了能改良产品性状,另一优点是没有污染性气体产生;“母液2”中含有NH4NO3,可回收利用,故答案为:没有污染性气体产生;NH4NO3;
(6)25℃时,向浓度均为0.1mol·L-1的Fe2+、Pb2+、Bi3+的混合溶液中滴加Na2S溶液,当Pb2+恰好沉淀完全时,c(S2-)= =
= 3.0×10-23,根据Ksp(FeS)=6.0×10-18 ,Ksp(Bi2S3)=1.6×10-20可知,当c(S2-)= 3.0×10-23时,Fe2+和Bi3+还没有开始沉淀,溶液中c(Fe2+):c(Bi3+)= 0.1mol·L-1:0.1mol·L-1=1:1,故答案为:1:1。
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