题目内容

1.锑(Sb)及其化合物在工业上有许多用途.以辉锑矿(主要成分为Sb2S3,还含有PbS、As2S3、CuO、SiO2等)为原料制备金属锑的工艺流程如图1所示:

已知:①浸出液中除含过量盐酸和SbCl5之外,还含有SbCl3、PbCl2、AsCl3、CuCl2等;
②常温下:Ksp(CuS)=1.27×10-36,Ksp(PbS)=9.04×10-29;
③溶液中离子浓度小于等于1.0×10-5mol•L-1时,认为该离子沉淀完全.
(1)滤渣1中除了S之外,还有SiO2(填化学式).
(2)“浸出”时之,Sb2S3发生反应的化学方程式为Sb2S3+3SbCl5=5SbCl3+3S.
(3)“还原”时,被Sb还原的物质为SbCl5(填化学式).
(4)常温下,“除铜、铅”时,Cu2+和Pb2+均沉淀完全,此时溶液中的c(S2-)不低于9.04×10-24 mol•L-1;所加Na2S也不宜过多,其原因为产生H2S等污染性气体或生成Sb2S3.
(5)“除砷”时有H3PO3生成,该反应的化学方程式为2AsCl3+3Na3PO2+3HCl+3H2O=2As+3H3PO3+9NaCl.
(6)“电解”时,被氧化的Sb元素与被还原的Sb元素的质量之比为3:2.
(7)一种突破传统电池设计理念的镁-锑液态金属储能电池工作原理如图2所示:
该电池由于密度的不同,在重力作用下分为三层,工作时中间层熔融盐的组成不变.充电时,C1-向下(填“上”或“下”)移动;放电时,正极的电极反应式为Mg2++2e-=Mg.

分析 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CuSPbS,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)分析可知滤渣1中除了S之外,含有二氧化硅;
(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)被Sb还原的物质为高价态SbCl5;
(4)常温下,“除铜、铅”时,Cu2+和Pb2+均沉淀完全,此时溶液中的c(S2-)依据溶度积常数计算;所加Na2S也不宜过多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;
(6)流程图中电解时SbCl3反应生成SbCl5和Sb,依据电子守恒计算;
(7)中间层熔融盐为电解质溶液,依据电流方向,镁液为原电池负极,充电时镁极为阴极,阴离子移向阳极,即向下移动,放电时,镁液为负极.

解答 解: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Na2SCu2+和Pb2+均沉淀完全,过滤得到滤渣2为CuSPbS,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)滤渣1中除了S之外,还有SiO2,
故答案为:SiO2;
(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,
故答案为:Sb2S3+3SbCl5=5SbCl3+3S;
(3)被Sb还原的物质为高价态SbCl5,
故答案为:SbCl5;
(4)常温下:Ksp(CuS)=1.27×10-36,Ksp(PbS)=9.04×10-29,常温下,“除铜、铅”时,Cu2+和Pb2+均沉淀完全,溶度积常数可知,当铅全部沉淀时,铜沉淀完全,溶液中离子浓度小于等于1.0×10-5mol•L-1时,认为该离子沉淀完全,此时溶液中的c(S2-)≥$\frac{Ksp(PbS)}{c(P{b}^{2+})}$=$\frac{9.04×1{0}^{-29}}{1.0×1{0}^{-5}}$=9.04×10-24 mol•L-1,所加Na2S也不宜过多,其原因为产生H2S等污染性气体或生成Sb2S3,
故答案为:9.04×10-24 mol•L-1;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,反应的化学方程式为:2AsCl3+3Na3PO2+3HCl+3H2O=2As+3H3PO3+9NaCl,
故答案为:2AsCl3+3Na3PO2+3HCl+3H2O=2As+3H3PO3+9NaCl;
(6)流程图中电解时SbCl3反应生成SbCl5和Sb,电子守恒计算,Sb3+~Sb5+~2e-,Sb3+~Sb~3e-,被氧化的Sb元素与被还原的Sb元素物质的量之比为3:2,
故答案为:3:2;     
(7)中间层熔融盐为电解质溶液,依据电流方向,镁液为原电池负极,充电时镁极为阴极,阴离子移向阳极,即向下移动,放电时,镁液为负极,电极反应Mg2+-2e-=Mg2+,正极电极反应为:Mg2++2e-=Mg,
故答案为:下;   Mg2++2e-=Mg.

点评 本题考查了物质分离提纯过程分析判断、氧化还原反应、溶度积常数计算等,掌握基础是解题关键,题目难度中等.

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