Question

3．从辉铋矿（主要成分为Bi₂S₃，含有SiO₂、Cu₂S、FeS₂杂质）回收铋的一种工艺流程如图1所示．

已知：
i．氧化性：Cu²⁺＞Br³⁺＞H⁺
ii．结合：S^2-能力：Cu²⁺＞H⁺＞Fe²⁺
iii．水解能力：Br³⁺＞Fe³⁺
（1）“酸浸”过程，需分批次的加入NaClO₃以防生成C1₂．
①“浸出液”中含有共价化合物BiCl₃的电子式为．（铋元素与氮元素同主族）
②“浸出渣”中含有硫和二氧化硅，则“酸浸”过程中发生主要反应的化学方程式为Bi₂S₃+NaClO₃+6HCl=2BiCl₃+3S+NaCl+3H₂O．
③“酸浸”过程中，若c（H⁺）小于1mol•L^-1会有BiOCl（碱式氯化铋）混入“浸出渣”中，反应的离子方程式为Bi³⁺+H₂O+Cl^-=BiOCl↓+2H⁺．
（2）“还原”过程中加入铋粉的目的是还原Fe³⁺生成Fe²⁺．
（3）“净化液”中除Bi³⁺、H⁺和NH₄⁺外，还大量存在的阳离子有Na⁺、Fe²⁺（填离子符号）．
（4）“电解”装置图2如下：
①c为阴离子交换膜（填“阳”或“阴”）．
②电解的离子方程式为2Bi³⁺+Cl^-+6OH^-$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$ClO₃^-+3H₂O．

Answer 1

分析 辉铋矿（主要成分为Bi₂S₃，含有SiO₂、Cu₂S、FeS₂杂质）加入盐酸调节pH，并加入NaClO₃，发生反应：Bi₂S₃+NaClO₃+6HCl=2BiCl₃+3S+NaCl+3H₂O、3Cu₂S+2NaClO₃+12HCl=6CuCl₂+3S+2NaCl+6H₂O、2FeS₂+NaClO₃+6HCl=2FeCl₃+4S+NaCl+3H₂O，SiO₂不溶，得到浸出渣为SiO₂和S，浸出液中含有Bi³⁺，Cu²⁺，Fe³⁺，滤液中加入铋粉还原铁离子：3Fe³⁺+Bi=Bi³⁺+Fe²⁺，加入硫化氨沉淀Cu²⁺，则净化液中阳离子含有Bi³⁺、H⁺和NH₄⁺、Na⁺、Fe²⁺，将净化液与混有少量的氢氧化钠溶液电解得到铋，则b极净化液的电极反应为：Bi³⁺+3e^-=Bi，发生还原反应，作阴极，故a为阳极发生氧化反应：Cl^--6e^-+6OH^-=ClO₃^-+3H₂O，c为阴离子交换膜，据此分析解答．

解答 解：（1）①铋元素与氮元素同主族，和氯原子形成三个共价键，“浸出液”中含有共价化合物BiCl₃的电子式为：，
故答案为：；
②酸浸过程，由流程可知，生成S单质和Bi³⁺，则反应为：Bi₂S₃+NaClO₃+6HCl=2BiCl₃+3S+NaCl+3H₂O；
故答案为：Bi₂S₃+NaClO₃+6HCl=2BiCl₃+3S+NaCl+3H₂O；
③“酸浸”过程中，若c（H⁺）小于1mol•L^-1会有BiOCl（碱式氯化铋）混入“浸出渣”中，反应的离子方程式为：Bi³⁺+H₂O+Cl^-=BiOCl↓+2H⁺，
故答案为：Bi³⁺+H₂O+Cl^-=BiOCl↓+2H⁺；
（2）“还原”过程中加入铋粉的目的是还原铁离子生成亚铁离子，
故答案为：还原Fe³⁺生成Fe²⁺；
（3）“净化液”中除Bi³⁺、H⁺和NH₄⁺外，还有酸浸过程加入的Na⁺，还原过程生成的Fe²⁺；
故答案为：Na⁺、Fe²⁺；
（4）①净化液（含有Bi³⁺、H⁺和NH₄⁺、Na⁺、Fe²⁺）与混有少量的氢氧化钠溶液电解得到铋，则b极净化液的电极反应为：Bi³⁺+3e^-=Bi，发生还原反应，作阴极，故a为阳极发生氧化反应：Cl^--6e^-+6OH^-=ClO₃^-+3H₂O，为保持电流的稳定，c为阴离子交换膜；
故答案为：阴；
②b极净化液的电极反应为：Bi³⁺+3e^-=Bi，a电极电极反应：Cl^--6e^-+6OH^-=ClO₃^-+3H₂O，电解的离子方程式为：2Bi³⁺+Cl^-+6OH^-$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$ClO₃^-+3H₂O，
故答案为：2Bi³⁺+Cl^-+6OH^-$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$ClO₃^-+3H₂O．

点评 本题考查了物质的制备，涉及对工艺流程的理解、氧化还原反应、对条件的控制选择与理解、溶度积的计算等，理解工艺流程原理是解题的关键，是对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础与灵活运用能力，题目难度中等．