Question

【题目】铋（Bi）及其化合物广泛应用于电子、医药等领域。一种以含铋矿石辉铋矿（主要成分为Bi2S3，含少量杂质PbO2等）为原料，采用湿法冶金制备铋单质的工艺流程如下：

已知：PbCl2是一种难溶于冷水，易溶于热水的白色固体。 回答下列问题：

（1）铋（Bi）位于ⅤA族，铋的氢化物的热稳定性______氨气（填“大于”或“小于”）。

（2）“浸出”时，为了提高浸出速率，可采用的措施有______（任写一条）

（3）加热浸出时，PbO2 生成 PbCl2 和一种气体，此反应的化学方程式为______， 从产物中分离回收 PbCl2 的步骤是______、洗涤、干燥。从保护环境和原料循环利 用的角度，请指出上述工艺流程中可以采取的措施为______。

（4）电解精炼粗铋时必须补充含 Bi3+浓度高的电解液。可用粗铋、铅条作为两个电极，铅条外用素烧 的陶瓷坩埚作隔膜（Bi3+不能透过，H+能透过），电解液开始时为盐酸和食盐的混合液。则粗铋为电解池的 ______极，电解总反应为______。

（5）25℃时，向浓度均为 0.02mol·L-1 的 Cu2+、Bi3+的混合溶液中滴加 Na2S 溶液（设溶液体积增加 1倍），使 Cu2+恰好沉淀完全即溶液中 c（Cu2+）=1×10-5 mol·L-1，此时是否有 Bi2S3 沉淀生成______（列式计算说明）。（已知：25℃时，Ksp（CuS）=6.0×10-36、Ksp（Bi2S3）=1.8×10-99）

Answer 1

【答案】小于 粉碎矿石、搅拌、适当提高浸取液温度 、适当提高溶液浓度等 PbO2 +4HClPbCl2 + Cl2↑+2H2O 冷却、过滤 “浸出”时生成的氯气，通入置换液中生成三氯化铁循环利用 阳 Qc（Bi2S3）=（0.01）2×（6.0×10-36÷1×10-5）3=2.16×10-95> Ksp（Bi2S3）= 1.8×10-99，故有Bi2S3沉淀生成

【解析】

辉铋矿(主要成分是Bi2S3、还含PbO2杂质)制备铋酸钠，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：Bi2S3+6FeCl3=2BiCl3+6FeCl2+3S，盐酸是防止FeCl3及BiCl3水解生成不溶性沉淀，所以得到滤渣为S，滤液中含有Bi3+，H+，Pb2+，滤液冷却结晶可以得到PbCl2，然后回收铅；再次过滤得到的滤液中加入铁粉过滤得到海绵铋，置换液主要是氯化亚铁；对海绵铋进行熔铸、精炼得到金属铋；置换液中再通入氯气得到氯化铁溶液可以循环使用。

(1)同周期，从上往下，氢化物的稳定性逐渐降低，故铋的氢化物的热稳定性小于氨气；
(2)为了提高浸出率，可采取的措施有将矿石粉粹、搅拌，以增大接触面接，也可适当增大氯化铁溶液的浓度、适当升高温度等；
(3)浸出时，PbO2 生成PbCl2，Pb的化合价降低，则浸出液中HCl化合价升高生成Cl2，化学方程式为PbO2+4HCl=PbCl2+Cl2↑+2H2O；由于PbCl2难溶于冷水，易溶于热水，可对滤液进行冷却结晶然后过滤分离回收PbCl2；置换液为FeCl2，可将浸出时产生的Cl2通入置换液中，使FeCl2转化为FeCl3循环利用，同时防止污染环境；
(4)电解时金属铋需要被氧化生成Bi3+，电极池中阳极得电子发生氧化反应，所以粗铋为电解池的阳极；阴极得电子发生还原反应，根据电解质溶液中的离子种类可知阴极应是氢离子得电子生成氢气，所以电解总反应为；
(5)Cu2+恰好沉淀完全即溶液中c(Cu2+)=1×10-5molL-1，则此时溶液中c(S2-)=，此时Qc(Bi2S3)=0.012×()3=2.16×10-95＞Ksp(Bi2S3)=1.8×-99，故有Bi2S3沉淀生成。