Question

【題目】銻(Sb)及其化合物在工業上有許多用途。以輝銻礦（主要成分為Sb2S3，還含有PbS、As2S3、CuO、SiO2等）為原料制備金屬銻的工藝流程如圖所示：

已知：① 浸出液中除含過量鹽酸和SbCl5之外，還含有SbCl3、PbCl2、AsCl3、CuCl2等；

②常溫下：Ksp(CuS)=1.27×10-36，Ksp(PbS)=9.04×10-29；

③溶液中離子濃度小于等于1.0×10-5mol·L-1時，認為該離子沉淀完全。

（1）濾渣1中除了S之外，還有___________（填化學式）。

（2）“浸出”時，Sb2S3發生反應的化學方程式為_________________。

（3）“還原”時，被Sb還原的物質為_____________（填化學式）。

（4）常溫下，“除銅、鉛”時，Cu2+和Pb2+均沉淀完全，此時溶液中的c(S2-)不低于______；所加Na2S也不宜過多，其原因為_____________。

（5）“除砷”時有H3PO3生成，該反應的化學方程式為________________。

（6）“電解”時，被氧化的Sb元素與被還原的Sb元素的質量之比為_______。

（7）一種突破傳統電池設計理念的鎂-銻液態金屬儲能電池工作原理如圖所示：

該電池由于密度的不同，在重力作用下分為三層，工作時中間層熔融鹽的組成不變。充電時，C1-向_____（填“上”或“下”）移動；放電時，正極的電極反應式為________。

Answer 1

【答案】 SiO2 Sb2S3＋3SbCl5＝5SbCl3＋3S SbCl5 9.04×10-24 mol·L－1 產生H2S等污染性氣體或生成Sb2S3 2AsCl3＋3Na3PO2＋3HCl＋3H2O＝2As＋3H3PO3＋9NaCl 3︰2 下 Mg2＋＋2e－＝Mg

【解析】(1)輝銻礦的主要成分為Sb2S3，還含有PbS、As2S3、CuO、SiO2等)，在加入鹽酸和SbCl5后，根據浸出液中除含過量鹽酸和SbCl5之外，還含有SbCl3、PbCl2、AsCl3、CuCl2等，Sb2S3、PbS、As2S3、CuO都被溶解，只有SiO2不溶，濾渣1中除了S之外，還有二氧化硅，故答案為：SiO2；

(2)“浸出”時，Sb2S3與SbCl5發生氧化還原反應，反應的化學方程式為Sb2S3＋3SbCl5＝5SbCl3＋3S ，故答案為：Sb2S3＋3SbCl5＝5SbCl3＋3S ；

(3)根據流程圖和，浸出中含有少量SbCl5，經過“還原”等操作后得到SbCl3，因此SbCl5被Sb還原，故答案為：SbCl5；

(4)根據常溫下：Ksp(CuS)=1.27×10-36，Ksp(PbS)=9.04×10-29；將Cu2+和Pb2+均沉淀完全時，c(S2-)分別不低于=1.27×10-31 mol/L、=9.04×10-24 mol/L，因此c(S2-)不低于9.04×10-24 mol/L，過量的硫化鈉能夠溶液中的酸反應放出污染空氣的硫化氫，過量的硫化鈉還能與SbCl3生成沉淀，因此所加Na2S也不宜過多，故答案為：9.04×10-24 mol/L；產生H2S等污染性氣體或生成Sb2S3；

(5)“除砷”時除了生成As外，還有H3PO3生成，反應的化學方程式為2AsCl3＋3Na3PO2＋3HCl＋3H2O＝2As＋3H3PO3＋9NaCl，故答案為：2AsCl3＋3Na3PO2＋3HCl＋3H2O＝2As＋3H3PO3＋9NaCl；

(6)根據流程圖，“電解”時，SbCl3反應生成SbCl5和Sb，根據化合價升降守恒，被氧化的Sb元素與被還原的Sb元素的物質的量之比為3:2，質量之比為3:2，故答案為：3:2；

(7)中間層熔融鹽為電解質溶液，根據電流方向，鎂液為電池的負極，充電時，鎂極為陰極，陰離子向陽極移動，即向下移動，放電時，鎂液為電池的負極，電極反應為Mg -2e－=Mg2＋，正極發生還原反應，電極反應式為Mg2＋＋2e－＝Mg，故答案為：下；Mg2＋＋2e－＝Mg；