Question

14．我国锑的蕴藏量占世界第一位．某课题组电解三氯化锑水溶液，利用阳极生成的五氯化锑作为浸出剂，对辉锑矿（Sb₂S₃）进行酸性浸出；从而实现浸出-电解的闭路循环，解决了传统炼锑过程中“工业三废”排放量大的问题．流程如图：
（1）①已知锑最外层有5个电子，锑元素是其所在周期的最后一种金属元素．写出锑元素在周期表中的位置第五周期第VA族．
②为配制三氯化锑溶液，取三氯化锑固体少许加2～3mL水溶解，此时却会产生白色沉淀，指出应该如何配制三氯化锑溶液取需要量的三氯化锑固体溶解在较浓的盐酸里，加水稀释到所要的浓度或取需要量的三氯化锑固体溶解并加入少量的盐酸．
③“工业三废”指的是废气、废水（废液）、废渣．
（2）①电解过程中阳极主要是Sb³⁺被氧化成Sb⁵⁺．请写出阴极的电极反应式Sb³⁺+3e^-=Sb．
②根据流程图写出“浸出”步骤发生反应的化学方程式Sb₂S₃+3SbCl₅=5SbCl₃+3S．
③已知浸出液中除Sb³⁺外，还有Cu²⁺、Pb²⁺等重金属离子，其中c（Cu²⁺）=1.6×10^-3mol•L^-1，向浸出液中加入硫化钠至溶液中的Cu²⁺刚好沉淀完全，则c（S^2-）=8×10^-40．（已知K_sp（CuS）=8×10^-45  K_sp（PbS）=3.4×10^-28）
④还原除砷的原理是：以次磷酸钠（Na₃PO₂）做还原剂，保持微沸温度，使AsCl₃被还原为棕色单质砷沉淀，请配平该反应的化学方程式：
2AsCl₃+3Na₃PO₂+3HCl+3H₂O=2As↓+3H₃PO₃+9NaCl．

Answer 1

分析 （1）①锑元素属于第五周期第ⅤA族；
②根据三氯化锑为强酸弱碱盐易水解分析解答；
③工业三废包括废气、废水（废液）、废渣；
（2）①从流程图中可以看出阳极产物为SbCl₅，而电解完成后产生金属锑，应为Sb³⁺离子在阴极得电子生成；
②根据流程图看出“浸出”步骤辉锑矿与阳极产物SbCl₅反应产生不溶物，SbCl₅具有氧化性，Sb₂S₃具有还原性，发生氧化还原反应，在浸出液中含有硫单质，所以氧化产物中有硫；
③Cu²⁺刚好完全沉淀时c（Cu²⁺）=1×10^-5，根据K_sp（CuS）=c（Cu²⁺）×c（S^2-）=8×10^-45计算出c（S^2-）；
④该反应中AsCl₃为氧化剂，被还原为As单质；Na₃PO₂为还原剂，被氧化为H₃PO₃；HCl显酸性，提供酸性环境，根据得失电子守恒配平．

解答 解：（1）①锑元素属于氮族元素，根据元素的质子数可知电子数为51，核外各电子层电子数为2、8、18、18、5，位于周期表中第五周期第ⅤA族；
故答案为：第五周期第VA族；
②三氯化锑为强酸弱碱盐易水解呈酸性，所以加酸，因其为盐酸盐，所以需加盐酸抑制水解，所以配制三氯化锑溶液：取需要量的三氯化锑固体溶解在较浓的盐酸里，加水稀释到所要的浓度或取需要量的三氯化锑固体溶解并加入少量的盐酸，
故答案为：取需要量的三氯化锑固体溶解在较浓的盐酸里，加水稀释到所要的浓度或取需要量的三氯化锑固体溶解并加入少量的盐酸；
③工业三废包括废气、废水（废液）、废渣，故答案为：废气、废水（废液）、废渣；
（2）①从流程图中可以看出阳极产物为SbCl₅，而电解完成后产生金属锑，故阴极反应式为Sb³⁺+3e^-=Sb，故答案为：Sb³⁺+3e^-=Sb；
②在浸出步骤中具有氧化性的SbCl₅和具有还原性的Sb₂S₃发生氧化还原反应生成不溶性的S单质和SbCl₃，故反应方程式为Sb₂S₃+3SbCl₅=5SbCl₃+3S；
故答案为：Sb₂S₃+3SbCl₅=5SbCl₃+3S；
③Cu²⁺刚好完全沉淀时c（Cu²⁺）=1×10^-5，由K_sp（CuS）=c（Cu²⁺）×c（S^2-），知c（Cu²⁺）=$\frac{{K}_{SP}（CuS）}{c（{S}^{2-}）}$=$\frac{8×1{0}^{-45}}{1×1{0}^{-5}}$=8×10^-40，故答案为：8×10^-40；
④次磷酸钠（Na₃PO₂）做还原剂，被氧化为H₃PO₃，P元素由+1价变为+3价，价态升高2；AsCl₃被还原为As单质，As元素由+3价变为0价，价态降低3，所以AsCl₃和Na₃PO₂系数为2：3，根据元素守恒配平化学反应方程式为2AsCl₃+3Na₃PO₂+3HCl+3H₂O=2As↓+3H₃PO₃+9NaCl，
故答案为：2；3；3HCl；3；2；3；9．

点评 本题考查了元素在周期表中位置、盐类水解和电解池的工作原理及应用，物质分离和提纯的方法和基本操作应用等内容，看准流程图是解题的关键，题目难度中等．