Question

10．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的工艺如图1：

回答下列问题：
（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Bi₂S₃+6FeCl₃=2BiCl₃+6FeCl₂+3S，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Bi³⁺+H₂O+Cl^-=BiOCl+2H⁺（用离子方程式表示）．
（3）“置换”时生成单质铋的离子方程式为2Bi³⁺+3Fe=3Fe²⁺+2Bi．“母液1”中通入气体X后可循环利用，气体X的化学式为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，其装置示意图如图2．电解后，阳极底部留下的为精铋．写出电极反应式：阳极Pb-2e^-=Pb²⁺；阴极Pb²⁺+2e^-=Pb．

（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，另一优点是没有污染性气体生成．“母液2”中可回收的主要物质是NH₄NO₃．

Answer 1

分析 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，得到滤渣为S，滤液中含有Bi³⁺，H⁺，Pb²⁺，滤液中加入铁粉过滤得到粗铋：2Bi³⁺+3Fe=3Fe²⁺+2Bi，和母液1主要是氯化亚铁，“粗铋”中含有的杂质主要是Pb，通过熔盐电解精炼除去Pb，得到精铋，加入硝酸溶解调节pH得到碱式硝酸铋，与碳酸铵溶液反应得到碱式碳酸铋，母液2为硝酸铵，将碱式碳酸铋煅烧生成Bi₂O₃，据此分析作答．

解答 解：Bi位于元素周期表第六周期，与N、P同族，根据核外电子排布规律Bi的原子外层有6层，最外层排布5个电子，结构示意图为：；
故答案为：；
（2）“浸出”时Bi₂S₃与FeCl₃溶液反应，铁离子有氧化性，氧化硫离子为硫单质，反应为：Bi₂S₃+6FeCl₃=2BiCl₃+6FeCl₂+3S；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，反应为：Bi³⁺+H₂O+Cl^-=BiOCl+2H⁺；
故答案为：Bi₂S₃+6FeCl₃=2BiCl₃+6FeCl₂+3S；Bi³⁺+H₂O+Cl^-=BiOCl+2H⁺；
（3）置换时铁将Bi³⁺还原为Bi，自身生成亚铁离子，2Bi³⁺+3Fe=3Fe²⁺+2Bi；母液1主要是氯化亚铁，通入氯气生成氯化铁，可循环使用；
故答案为：2Bi³⁺+3Fe=3Fe²⁺+2Bi；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，电解液为氯化铅、氯化钾，阳极为Pb发生氧化反应，反应为：Pb-2e^-=Pb²⁺，阴极为电解液中的铅离子发生还原反应，反应式为：Pb²⁺+2e^-=Pb；
故答案为：Pb-2e^-=Pb²⁺；Pb²⁺+2e^-=Pb；
（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，可以改良产品性状，且没有污染性的气体产生；母液2为硝酸铵，可回收；
故答案为：没有污染性气体生成；NH₄NO₃．

点评 本题考查了物质的制备，涉及对工艺流程的理解、氧化还原反应、对条件的控制选择与理解、电解精炼金属的原理等，理解工艺流程原理是解题的关键，是对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础与灵活运用能力，题目难度中等．