Question

10．鉍（Bi）的無(wú)毒與不致癌性有很多特殊用途，其化合物廣泛應(yīng)用于電子、醫(yī)藥等領(lǐng)域．由輝鉍礦（主要成分為Bi₂S₃，含雜質(zhì)PbO₂等）制備Bi₂O₃的工藝如圖1：

回答下列問(wèn)題：
（1）Bi位于元素周期表第六周期，與N、P同族，Bi的原子結(jié)構(gòu)示意圖為．
（2）“浸出”時(shí)Bi₂S₃與FeCl₃溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為Bi₂S₃+6FeCl₃=2BiCl₃+6FeCl₂+3S，反應(yīng)液必須保持強(qiáng)酸性，否則鉍元素會(huì)以BiOCl（堿式氯化鉍）形式混入浸出渣使產(chǎn)率降低，原因是Bi³⁺+H₂O+Cl^-=BiOCl+2H⁺（用離子方程式表示）．
（3）“置換”時(shí)生成單質(zhì)鉍的離子方程式為2Bi³⁺+3Fe=3Fe²⁺+2Bi．“母液1”中通入氣體X后可循環(huán)利用，氣體X的化學(xué)式為Cl₂．
（4）“粗鉍”中含有的雜質(zhì)主要是Pb，通過(guò)熔鹽電解精煉可達(dá)到除雜的目的，其裝置示意圖如圖2．電解后，陽(yáng)極底部留下的為精鉍．寫出電極反應(yīng)式：陽(yáng)極Pb-2e^-=Pb²⁺；陰極Pb²⁺+2e^-=Pb．

（5）堿式硝酸鉍直接灼燒也能得到Bi₂O₃，上述工藝中轉(zhuǎn)化為堿式碳酸鉍再灼燒，除了能改良產(chǎn)品性狀，另一優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有污染性氣體生成．“母液2”中可回收的主要物質(zhì)是NH₄NO₃．

Answer 1

分析 輝鉍礦（主要成分是Bi₂S₃．還含PbO₂雜質(zhì)）制備鉍酸鈉，輝鉍礦加入氯化鐵溶液和鹽酸溶解后過(guò)濾，氯化鐵氧化硫離子為硫單質(zhì)：Bi₂S₃+6FeCl₃=2BiCl₃+6FeCl₂+3S，鹽酸是防止FeCl₃及BiCl₃水解生成不溶性沉淀，得到濾渣為S，濾液中含有Bi³⁺，H⁺，Pb²⁺，濾液中加入鐵粉過(guò)濾得到粗鉍：2Bi³⁺+3Fe=3Fe²⁺+2Bi，和母液1主要是氯化亞鐵，“粗鉍”中含有的雜質(zhì)主要是Pb，通過(guò)熔鹽電解精煉除去Pb，得到精鉍，加入硝酸溶解調(diào)節(jié)pH得到堿式硝酸鉍，與碳酸銨溶液反應(yīng)得到堿式碳酸鉍，母液2為硝酸銨，將堿式碳酸鉍煅燒生成Bi₂O₃，據(jù)此分析作答．

解答 解：Bi位于元素周期表第六周期，與N、P同族，根據(jù)核外電子排布規(guī)律Bi的原子外層有6層，最外層排布5個(gè)電子，結(jié)構(gòu)示意圖為：；
故答案為：；
（2）“浸出”時(shí)Bi₂S₃與FeCl₃溶液反應(yīng)，鐵離子有氧化性，氧化硫離子為硫單質(zhì)，反應(yīng)為：Bi₂S₃+6FeCl₃=2BiCl₃+6FeCl₂+3S；反應(yīng)液必須保持強(qiáng)酸性，否則鉍元素會(huì)以BiOCl（堿式氯化鉍）形式混入浸出渣使產(chǎn)率降低，反應(yīng)為：Bi³⁺+H₂O+Cl^-=BiOCl+2H⁺；
故答案為：Bi₂S₃+6FeCl₃=2BiCl₃+6FeCl₂+3S；Bi³⁺+H₂O+Cl^-=BiOCl+2H⁺；
（3）置換時(shí)鐵將Bi³⁺還原為Bi，自身生成亞鐵離子，2Bi³⁺+3Fe=3Fe²⁺+2Bi；母液1主要是氯化亞鐵，通入氯氣生成氯化鐵，可循環(huán)使用；
故答案為：2Bi³⁺+3Fe=3Fe²⁺+2Bi；Cl₂；
（4）粗鉍”中含有的雜質(zhì)主要是Pb，通過(guò)熔鹽電解精煉可達(dá)到除雜的目的，電解液為氯化鉛、氯化鉀，陽(yáng)極為Pb發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)為：Pb-2e^-=Pb²⁺，陰極為電解液中的鉛離子發(fā)生還原反應(yīng)，反應(yīng)式為：Pb²⁺+2e^-=Pb；
故答案為：Pb-2e^-=Pb²⁺；Pb²⁺+2e^-=Pb；
（5）堿式硝酸鉍直接灼燒也能得到Bi₂O₃，上述工藝中轉(zhuǎn)化為堿式碳酸鉍再灼燒，可以改良產(chǎn)品性狀，且沒(méi)有污染性的氣體產(chǎn)生；母液2為硝酸銨，可回收；
故答案為：沒(méi)有污染性氣體生成；NH₄NO₃．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)的制備，涉及對(duì)工藝流程的理解、氧化還原反應(yīng)、對(duì)條件的控制選擇與理解、電解精煉金屬的原理等，理解工藝流程原理是解題的關(guān)鍵，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)與靈活運(yùn)用能力，題目難度中等．