Question

1．銻（Sb）及其化合物在工業(yè)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1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SiO₂（填化學式）．
（2）“浸出”時之，Sb₂S₃發(fā)生反應的化學方程式為Sb₂S₃+3SbCl₅=5SbCl₃+3S．
（3）“還原”時，被Sb還原的物質為SbCl₅（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（S^2-）不低于9.04×10^-24 mol•L^-1；所加Na₂S也不宜過多，其原因為產生H₂S等污染性氣體或生成Sb₂S₃．
（5）“除砷”時有H₃PO₃生成，該反應的化學方程式為2AsCl₃+3Na₃PO₂+3HCl+3H₂O=2As+3H₃PO₃+9NaCl．
（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3：2．
（7）一種突破傳統電池設計理念的鎂-銻液態(tài)金屬儲能電池工作原理如圖2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^-向下（填“上”或“下”）移動；放電時，正極的電極反應式為Mg²⁺+2e^-=Mg．

Answer 1

分析 輝銻礦（主要成分為Sb₂S₃，還含有PbS、As₂S₃、CuO、SiO₂等）加入鹽酸浸取得當浸取液，浸出液中除含過量鹽酸和SbCl₅之外，還含有SbCl₃、PbCl₂、AsCl₃、CuCl₂等，濾渣1中除了生成的S之外還有為溶解的二氧化硅，浸出液中加入Sb還原SbCl₅，生成SbCl₃，加入Na₂S時保證Cu²⁺和Pb²⁺均沉淀完全，過濾得到濾渣2為CuSPbS，濾液中加入Na₃PO₂ 溶液除砷，生成磷酸和砷單質，剩余SbCl₃溶液，通電電解得到Sb，
（1）分析可知濾渣1中除了S之外，含有二氧化硅；
（2）“浸出”時之，Sb₂S₃在溶液中和SbCl₅發(fā)生氧化還原反應，生成單質硫和三價氯化物；
（3）被Sb還原的物質為高價態(tài)SbCl₅；
（4）常溫下，“除銅、鉛”時，Cu²⁺和Pb²⁺均沉淀完全，此時溶液中的c（S^2-）依據溶度積常數計算；所加Na₂S也不宜過多是避免生成有毒氣體硫化氫等；
（5）濾液中加入Na₃PO₂ 溶液除砷，生成磷酸和砷單質，結合電子守恒、原子守恒配平書寫化學方程式；
（6）流程圖中電解時SbCl₃反應生成SbCl₅和Sb，依據電子守恒計算；
（7）中間層熔融鹽為電解質溶液，依據電流方向，鎂液為原電池負極，充電時鎂極為陰極，陰離子移向陽極，即向下移動，放電時，鎂液為負極．

解答 解：輝銻礦（主要成分為Sb₂S₃，還含有PbS、As₂S₃、CuO、SiO₂等）加入鹽酸浸取得當浸取液，浸出液中除含過量鹽酸和SbCl₅之外，還含有SbCl₃、PbCl₂、AsCl₃、CuCl₂等，濾渣1中除了生成的S之外還有為溶解的二氧化硅，浸出液中加入Sb還原SbCl₅，生成SbCl₃，加入Na₂SCu²⁺和Pb²⁺均沉淀完全，過濾得到濾渣2為CuSPbS，濾液中加入Na₃PO₂ 溶液除砷，生成磷酸和砷單質，剩余SbCl₃溶液，通電電解得到Sb，
（1）濾渣1中除了S之外，還有SiO₂，
故答案為：SiO₂；
（2）“浸出”時之，Sb₂S₃在溶液中和SbCl₅發(fā)生氧化還原反應，生成單質硫和三價氯化銻，反應的化學方程式為：Sb₂S₃+3SbCl₅=5SbCl₃+3S，
故答案為：Sb₂S₃+3SbCl₅=5SbCl₃+3S；
（3）被Sb還原的物質為高價態(tài)SbCl₅，
故答案為：SbCl₅；
（4）常溫下：Ksp（CuS）=1.27×10^-36，Ksp（PbS）=9.04×10^-29，常溫下，“除銅、鉛”時，Cu²⁺和Pb²⁺均沉淀完全，溶度積常數可知，當鉛全部沉淀時，銅沉淀完全，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，此時溶液中的c（S^2-）≥$\frac{Ksp（PbS）}{c（P^{2+}）}$=$\frac{9.04×1{0}^{-29}}{1.0×1{0}^{-5}}$=9.04×10^-24 mol•L^-1，所加Na₂S也不宜過多，其原因為產生H₂S等污染性氣體或生成Sb₂S₃，
故答案為：9.04×10^-24 mol•L^-1；產生H₂S等污染性氣體或生成Sb₂S₃；
（5）濾液中加入Na₃PO₂ 溶液除砷，生成磷酸和砷單質，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）流程圖中電解時SbCl₃反應生成SbCl₅和Sb，電子守恒計算，Sb³⁺～Sb⁵⁺～2e^-，Sb³⁺～Sb～3e^-，被氧化的Sb元素與被還原的Sb元素物質的量之比為3：2，
故答案為：3：2；     
（7）中間層熔融鹽為電解質溶液，依據電流方向，鎂液為原電池負極，充電時鎂極為陰極，陰離子移向陽極，即向下移動，放電時，鎂液為負極，電極反應Mg²⁺-2e^-=Mg²⁺，正極電極反應為：Mg²⁺+2e^-=Mg，
故答案為：下；   Mg²⁺+2e^-=Mg．

點評 本題考查了物質分離提純過程分析判斷、氧化還原反應、溶度積常數計算等，掌握基礎是解題關鍵，題目難度中等．