Question

【題目】鉍(Bi)的無毒與不致癌性有很多特殊用途，其化合物廣泛應用于電子、醫藥等領域。由輝鉍礦（主要成分為Bi2S3，含雜質PbO2等）制備Bi2O3的工藝如下：

已知：①25℃時，K sp(FeS)=6.0×10-18 K sp(PbS)=3.0×10-28

K sp(Bi2S3)=1.6×10-20

②溶液中的離子濃度小于等于10-5mol L-1時，認為該離子沉淀完全。

（1）Bi位于元素周期表第六周期，與N、P同族，Bi的原子結構示意圖為________。

（2）“浸出”時Bi2S3與FeCl3溶液反應的化學方程式為___________________；反應液必須保持強酸性，否則鉍元素會以BiOCl（堿式氯化鉍）形式混入浸出渣使產率降低，原因是________（用離子方程式表示）。

（3）“母液1”中通入氣體X后可循環利用，氣體X的化學式為________。

（4）“粗鉍”中含有的雜質主要是Pb，通過熔鹽電解精煉可達到除雜的目的，其裝置如右圖。電解后，陽極底部留下的為精鉍。陽極材料為____________，陰極的電極反應式為________________。

（5）堿式硝酸鉍直接灼燒也能得到Bi2O3，上述工藝中轉化為堿式碳酸鉍再灼燒，除了能改良產品性狀，另一優點是________�！澳敢�2”中可回收的主要物質是________。

（6）25℃時，向濃度均為0.1mol·L-1的Fe2+、Pb2+、Bi3+的混合溶液中滴加Na2S溶液，當Pb2+恰好沉淀完全時，所得溶液中c(Fe2+)：c(Bi3+)=__________________

Answer 1

【答案】 6FeCl3+Bi2S3=2BiCl3+6FeCl2+3S Bi3++H2O+Cl-=BiOCl↓+H+ Cl2 粗鉍 Pb2++2e-=Pb 沒有污染性氣體產生 NH4NO3 1:1

【解析】輝鉍礦(主要成分是Bi2S3．還含少量Bi2O3，SiO2等雜質)制備Bi2O3，輝鉍礦加入氯化鐵溶液和鹽酸溶解后過濾，氯化鐵氧化硫離子為硫單質，鹽酸是防止FeCl3及BiCl3水解生成不溶性沉淀，得到濾渣為SiO2和S，浸出液中含有Bi3+，H+，Fe2+，浸出液中加入鐵粉過濾得到粗鉍，和母液1主要是氯化亞鐵；粗鉍精煉后得到精鉍，精鉍用硝酸溶解后，再加入(NH4)2CO3，得到堿式碳酸鉍，和母液2，主要含有硝酸銨，堿式碳酸鉍煅燒生成Bi2O3。

(1)Bi位于元素周期表第六周期，與N、P同族，最外層有5個電子，Bi的原子結構示意圖為，故答案為：；

(2)“浸出”時Bi2S3與FeCl3溶液反應的化學方程式為6FeCl3+Bi2S3=2BiCl3+6FeCl2+3S；反應液必須保持強酸性，否則鉍離子水解生成BiOCl(堿式氯化鉍)，使產率降低，離子方程式為Bi3++H2O+Cl-=BiOCl↓+H+，故答案為：6FeCl3+Bi2S3=2BiCl3+6FeCl2+3S ；Bi3++H2O+Cl-=BiOCl↓+H+；

(3) “母液1” 主要是氯化亞鐵，通入氯氣后生成氯化鐵，然后循環使用，故答案為：Cl2；

(4)“粗鉍”中含有的雜質主要是Pb，通過熔鹽電解精煉可達到除雜的目的，電解后，陽極底部留下的為精鉍。電解精煉時，粗鉍作陽極，陽極上發生氧化反應，Pb放電變成Pb2+進入溶液，陰極上發生還原反應，電極反應式為Pb2++2e-=Pb，故答案為：粗鉍；Pb2++2e-=Pb；

(5)堿式硝酸鉍直接灼燒得到Bi2O3、二氧化碳和水，上述工藝中轉化為堿式碳酸鉍再灼燒，除了能改良產品性狀，另一優點是沒有污染性氣體產生；“母液2”中含有NH4NO3，可回收利用，故答案為：沒有污染性氣體產生；NH4NO3；

(6)25℃時，向濃度均為0.1mol·L-1的Fe2+、Pb2+、Bi3+的混合溶液中滴加Na2S溶液，當Pb2+恰好沉淀完全時，c(S2-)= == 3.0×10-23，根據Ksp(FeS)=6.0×10-18 ，Ksp(Bi2S3)=1.6×10-20可知，當c(S2-)= 3.0×10-23時，Fe2+和Bi3+還沒有開始沉淀，溶液中c(Fe2+)：c(Bi3+)= 0.1mol·L-1：0.1mol·L-1=1:1，故答案為：1:1。