Question

【題目】鉍（Bi）及其化合物廣泛應用于電子、醫藥等領域。一種以含鉍礦石輝鉍礦（主要成分為Bi2S3，含少量雜質PbO2等）為原料，采用濕法冶金制備鉍單質的工藝流程如下：

已知：PbCl2是一種難溶于冷水，易溶于熱水的白色固體。 回答下列問題：

（1）鉍（Bi）位于ⅤA族，鉍的氫化物的熱穩定性______氨氣（填“大于”或“小于”）。

（2）“浸出”時，為了提高浸出速率，可采用的措施有______（任寫一條）

（3）加熱浸出時，PbO2 生成 PbCl2 和一種氣體，此反應的化學方程式為______， 從產物中分離回收 PbCl2 的步驟是______、洗滌、干燥。從保護環境和原料循環利 用的角度，請指出上述工藝流程中可以采取的措施為______。

（4）電解精煉粗鉍時必須補充含 Bi3+濃度高的電解液。可用粗鉍、鉛條作為兩個電極，鉛條外用素燒 的陶瓷坩堝作隔膜（Bi3+不能透過，H+能透過），電解液開始時為鹽酸和食鹽的混合液。則粗鉍為電解池的 ______極，電解總反應為______。

（5）25℃時，向濃度均為 0.02mol·L-1 的 Cu2+、Bi3+的混合溶液中滴加 Na2S 溶液（設溶液體積增加 1倍），使 Cu2+恰好沉淀完全即溶液中 c（Cu2+）=1×10-5 mol·L-1，此時是否有 Bi2S3 沉淀生成______（列式計算說明）。（已知：25℃時，Ksp（CuS）=6.0×10-36、Ksp（Bi2S3）=1.8×10-99）

Answer 1

【答案】小于 粉碎礦石、攪拌、適當提高浸取液溫度 、適當提高溶液濃度等 PbO2 +4HClPbCl2 + Cl2↑+2H2O 冷卻、過濾 “浸出”時生成的氯氣，通入置換液中生成三氯化鐵循環利用 陽 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】

輝鉍礦(主要成分是Bi2S3、還含PbO2雜質)制備鉍酸鈉，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：Bi2S3+6FeCl3=2BiCl3+6FeCl2+3S，鹽酸是防止FeCl3及BiCl3水解生成不溶性沉淀，所以得到濾渣為S，濾液中含有Bi3+，H+，Pb2+，濾液冷卻結晶可以得到PbCl2，然后回收鉛；再次過濾得到的濾液中加入鐵粉過濾得到海綿鉍，置換液主要是氯化亞鐵；對海綿鉍進行熔鑄、精煉得到金屬鉍；置換液中再通入氯氣得到氯化鐵溶液可以循環使用。

(1)同周期，從上往下，氫化物的穩定性逐漸降低，故鉍的氫化物的熱穩定性小于氨氣；
(2)為了提高浸出率，可采取的措施有將礦石粉粹、攪拌，以增大接觸面接，也可適當增大氯化鐵溶液的濃度、適當升高溫度等；
(3)浸出時，PbO2 生成PbCl2，Pb的化合價降低，則浸出液中HCl化合價升高生成Cl2，化學方程式為PbO2+4HCl=PbCl2+Cl2↑+2H2O；由于PbCl2難溶于冷水，易溶于熱水，可對濾液進行冷卻結晶然后過濾分離回收PbCl2；置換液為FeCl2，可將浸出時產生的Cl2通入置換液中，使FeCl2轉化為FeCl3循環利用，同時防止污染環境；
(4)電解時金屬鉍需要被氧化生成Bi3+，電極池中陽極得電子發生氧化反應，所以粗鉍為電解池的陽極；陰極得電子發生還原反應，根據電解質溶液中的離子種類可知陰極應是氫離子得電子生成氫氣，所以電解總反應為；
(5)Cu2+恰好沉淀完全即溶液中c(Cu2+)=1×10-5molL-1，則此時溶液中c(S2-)=，此時Qc(Bi2S3)=0.012×()3=2.16×10-95＞Ksp(Bi2S3)=1.8×-99，故有Bi2S3沉淀生成。