Question

铋(Bi)的无毒与不致癌性有很多特殊用途，其化合物广泛应用于电子、医药等领域。由辉铋矿（主要成分为Bi₂S₃，含杂质PbO₂等）制备Bi₂O₃的工艺如下：

已知：①25℃时，K sp(FeS)=6.0×10^-18 K sp(PbS)=3.0×10^-28

K sp(Bi₂S₃)=1.6×10^-20

②溶液中的离子浓度小于等于10^-5mol • L^-1时，认为该离子沉淀完全。

（1）Bi位于元素周期表第六周期，与N、P同族，Bi的原子结构示意图为________。

（2）“浸出”时Bi₂S₃与FeCl₃溶液反应的化学方程式为___________________；反应液必须保持强酸性，否则铋元素会以BiOCl（碱式氯化铋）形式混入浸出渣使产率降低，原因是________（用离子方程式表示）。

（3） “母液1”中通入气体X后可循环利用，气体X的化学式为________。

（4）“粗铋”中含有的杂质主要是Pb，通过熔盐电解精炼可达到除杂的目的，其装置如右图。电解后，阳极底部留下的为精铋。阳极材料为____________，阴极的电极反应式为________________。

（5）碱式硝酸铋直接灼烧也能得到Bi₂O₃，上述工艺中转化为碱式碳酸铋再灼烧，除了能改良产品性状，另一优点是________。“母液2”中可回收的主要物质是________。

（6）25℃时，向浓度均为0.1mol·L^-1的Fe²⁺、Pb²⁺、Bi³⁺的混合溶液中滴加Na₂S溶液，当Pb²⁺恰好沉淀完全时，所得溶液中c(Fe²⁺)：c(Bi³⁺)=__________________

Answer

6FeCl3+Bi2S3=2BiCl3+6FeCl2+3S Bi3++H2O+Cl-=BiOCl↓+H+ Cl2 粗铋 Pb2++2e-=Pb 没有污染性气体产生 NH4NO3 1:1

【解析】辉铋矿(主要成分是Bi2S3．还含少量Bi2O3，SiO2等杂质)制备Bi2O3，辉铋矿加入氯化铁溶液和盐酸溶解后过滤，氯化铁氧化硫离子为硫单质，盐酸是防止FeCl3及BiCl3水解生成不溶性沉淀，得到滤渣为SiO2和S，浸出液中含有Bi3+，H+，Fe2+，浸出液中加入铁粉过滤得到粗铋，和母液1主要是氯化亚铁；粗铋精炼后得到精铋，精铋用硝酸溶解后，再加入(NH4)2CO3，得到碱式碳酸铋，和母液2，主要含有硝酸铵，碱式碳酸铋煅烧生成Bi2O3。

(1)Bi位于元素周期表第六周期，与N、P同族，最外层有5个电子，Bi的原子结构示意图为，故答案为：；

(2)“浸出”时Bi2S3与FeCl3溶液反应的化学方程式为6FeCl3+Bi2S3=2BiCl3+6FeCl2+3S；反应液必须保持强酸性，否则铋离子水解生成BiOCl(碱式氯化铋)，使产率降低，离子方程式为Bi3++H2O+Cl-=BiOCl↓+H+，故答案为：6FeCl3+Bi2S3=2BiCl3+6FeCl2+3S ；Bi3++H2O+Cl-=BiOCl↓+H+；

(3) “母液1” 主要是氯化亚铁，通入氯气后生成氯化铁，然后循环使用，故答案为：Cl2；

(4)“粗铋”中含有的杂质主要是Pb，通过熔盐电解精炼可达到除杂的目的，电解后，阳极底部留下的为精铋。电解精炼时，粗铋作阳极，阳极上发生氧化反应，Pb放电变成Pb2+进入溶液，阴极上发生还原反应，电极反应式为Pb2++2e-=Pb，故答案为：粗铋；Pb2++2e-=Pb；

(5)碱式硝酸铋直接灼烧得到Bi2O3、二氧化碳和水，上述工艺中转化为碱式碳酸铋再灼烧，除了能改良产品性状，另一优点是没有污染性气体产生；“母液2”中含有NH4NO3，可回收利用，故答案为：没有污染性气体产生；NH4NO3；

(6)25℃时，向浓度均为0.1mol·L-1的Fe2+、Pb2+、Bi3+的混合溶液中滴加Na2S溶液，当Pb2+恰好沉淀完全时，c(S2-)= == 3.0×10-23，根据Ksp(FeS)=6.0×10-18 ，Ksp(Bi2S3)=1.6×10-20可知，当c(S2-)= 3.0×10-23时，Fe2+和Bi3+还没有开始沉淀，溶液中c(Fe2+)：c(Bi3+)= 0.1mol·L-1：0.1mol·L-1=1:1，故答案为：1:1。