Question

锑(Sb)是第VA族元素，其单质主要用于制造合金、半导体。三氧化二锑俗称锑白，是白色粉末，不溶于水，是一种两性氧化物，主要用于白色颜料、油漆和塑料、石油化工等。某工厂用羽毛矿(主要成分为Pb₄FeSb₆S₁₄)制取锑白的工艺流程如图所示：

(1)Pb₄FeSb₆S₁₄中的锑元素只显一种化合价，则其化合价是______。X是一种固体单质，其成分是___(填化学式)。

(2)氯化浸出中，除铅与X外，被氧化的元素反应后均显高价，写出相应的化学方程式：______________。操作1为加水稀释，写出生成SbOCl的离子方程式：___________。

(3)试剂1通常选用氨水而不是NaOH溶液，最可能的原因是_______。操作2的内容是_________、干燥。

(4)在强碱性条件下电解Na₃SbS₃溶液(原理如图)可得到单质锑。

写出阴极的电极反应式：_______，B电极应接电源的______极，当有2 mol Sb生成时，通过阳离子交换膜的离子数为_________(设N_A为阿伏加德罗常数的值)。

Answer

+3 S 2Pb4FeSb6S14+41Cl2=8PbCl2+2FeCl3+12SbCl5+28S Sb3++Cl-+H2O=SbOCl↓+2H+ Sb2O3可溶解在过量的NaOH溶液中，但不会溶解在过量的氨水中 过滤、洗涤 SbS33-+3e-=Sb+3S2- 正 6NA

【解析】

(1)锑是第VA 族元素，主要化合价为+5、+3。Pb4FeSb6S14中硫元素显 -2价，由元素化合价与原子结构关系及化合物中元素化合价代数和等于0可推知锑的化合价为+3价。X是一种固体单质，结合常见元素单质的状态可推知X只能是硫；

(2)由被氧化的元素反应后均显高价知，反应后有FeCl3、SbCl5生成，再结合流程图知还有PbCl2、S生成，由此可写出相应的化学方程式。稀释可促进水解，因SbOC1是通过水解反应生成的，故反应物有Cl-、H2O、Sb3+，据此可得水解方程式；

(3)根据Sb2O3是两性氧化物，能够与强酸、强碱发生反应，不能与弱酸、弱碱反应分析；根据物质的溶解性及操作目的分析解答；

(4)阴极上发生得电子的还原反应，电解Na3SbS3得到单质Sb，故阴极上为SbS33-得到电子产生Sb 及S2-。结合装置电荷守恒分析通过交换膜的阳离子数目。

(1)锑是第VA 族元素，主要化合价为+5、+3。在Pb4FeSb6S14中硫元素显 -2价，Pb为+2价，Fe为+2价，假设Sb元素化合价为+x，根据化合物中元素化合价代数和等于0可得4×2+2+6x=2×14，解得x=+3价。羽毛矿主要成分为Pb4FeSb6S14，向其中加入水，然后通入Cl2进行氧化反应，金属变为金属氯化物，S被氧化为S单质，S单质在常温下为固体，所以X只能是硫；

(2)根据题意可知：羽毛矿Pb4FeSb6S14与氯气反应时，S被氧化变为S单质，Pb变为PbCl2，其余元素被氧化为高价态，则根据原子守恒、电子守恒，可得该反应的化学方程式：2Pb4FeSb6S14+41Cl2=8PbCl2+2FeCl3+12SbCl5+28S；操作1为加水稀释，生成难溶性的SbOCl，根据盐的水解规律，结合电荷守恒、原子守恒可得Sb3++Cl-+H2O=SbOCl↓+2H+；

(3)由题意可知Sb2O3是两性氧化物，能够与强碱NaOH发生反应，所以Sb2O3可溶解在过量的NaOH溶液中，但不会溶解在过量的氨水中，因此试剂1通常选用氨水而不是NaOH溶液；分离难溶性固体与可溶性液体混合物使用过滤方法，然后经沉淀经洗涤、干燥得到锑白；

(4)与电源负极连接的电极为阴极，得到电子发生还原反应，由题意可知：电解Na3SbS3溶液得到Sb单质，则在阴极上发生反应：SbS33-+3e-=Sb+3S2-，故A为电源的负极，B为电源的正极；根据电解时阴极电极式可知：每产生1 mol Sb，转移3 mol电子，则生成2 mol Sb时，转移6 mol电子，同时得到6 mol S2-，根据溶液呈电中性可知要有6 mol Na+通过阳离子交换膜，通过了Na+数目为6NA。