Question

金属铋在工业上常用于制造低熔点合金，用于消防装置、自动喷水器、锅炉等的安全塞，一旦发生火灾，一些水管的活塞会“自动”熔化，喷出水来。由一种铋矿（主要成分为Bi₂S₃，含强氧化性杂质PbO₂等）制备金属铋的简单工艺如图：

已知：酸性溶液中，氧化性PbO₂＞KMnO₄

回答下列问题：

(1)“浸出”时发生的离子反应包括___、___。

(2)浸出液必须保持强酸性，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___。

(3)检验母液中主要金属阳离子的方法是___。

(4)乙二胺四乙酸二钠盐(EDTA)可以和Bi³⁺1：1形成稳定的配合物，一种测定浸出液中Bi³⁺浓度的方法如下：取25mL浸出液，调节pH=l，滴入2滴二甲酚橙作指示剂(二甲酚橙：溶于水呈亮黄色，能和多种金属阳离子形成紫红色配合物)，用0.01000mol/L的EDTA溶液滴定，达到滴定终点时，测得耗去标准液35.00mL，则浸出液中Bi³⁺的浓度为___g/L，达到滴定终点的现象是__。

(5)以Bi₂(SiF₆)₃的水溶液为电解液，可以实现粗铋的电解精炼。电解过程中，当电路中通过0.3mol电子时，阴极析出的金属Bi的质量为__；电解一段时间后，电解液会有损失，并会出现大量杂质，加入___(填化学式)可以除去该杂质，并使电解液H₂SiF₆再生。

Answer

PbO2+4H++2Cl-=Pb2++2H2O+Cl2↑ Bi2S3+6Fe3+=2Bi3++3S+6Fe2+ 由于Bi3+发生水解生成H+，如果溶液不保持强酸性，则H+浓度的降低会使Bi3+的水解平衡正向移动，导致生成更多的BiOCl 取少量母液1于试管中，滴加铁氰化钾溶液，若生成蓝色沉淀，则证明有Fe2+ 2.926 当滴入最后一滴EDTA溶液时，溶液由紫红色变为亮黄色，且半分钟内不恢复紫红色 20.9g H2SO4

【解析】

此题利用制备金属铋的工艺流程，考查氧化还原反应、离子反应、离子检验、中和滴定、盐类水解、电解精炼金属的原理，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。根据流程可知辉铋矿浸出得到气体、浸出渣、浸出液，Bi2S3中的硫被Fe3+氧化为单质硫，所以浸出渣中含单质S，酸性溶液中，氧化性PbO2>KMnO4，加入了盐酸，故气体为氯气，PbO2被还原成Pb2+，浸出液中主要含Bi3+、Pb2+，经Fe置换得到粗铋含Bi、Pb，母液中含Fe2+，粗铋利用电解原理精炼得到精铋。

(1)浸出时发生两个氧化还原反应：PbO2+4H++2Cl-=Pb2++2H2O+Cl2↑、Bi2S3+6Fe3+=2Bi3++3S+6Fe2+

(2)铋能被铁置换，说明其金属性比铁弱，其离子会发生水解，如果溶液不保持强酸性，则Bi3+的水解程度增大，导致生成更多的BiOCl，混入浸出渣使产率降低；

(3)母液中含Fe2+，检验其存在可滴加铁氰化钾溶液，若生成蓝色沉淀，则证明有Fe2+；

(4)乙二胺四乙酸二钠盐(EDTA)和Bi3+1：1形成稳定的配合物，则n(EDTA)=n(Bi3+)，得出c(EDTA)V(EDTA)=c(Bi3+)V(Bi3+),0.01000mol/L×0.035L= c(Bi3+)×0.025L,算出

c(Bi3+)=0.014 mol/L=2.926 g/L，达到滴定终点，Bi3+被消耗完全，颜色由紫红色变回亮黄色，故滴定终点为当滴入最后一滴EDTA溶液时，溶液由紫红色变为亮黄色，且半分钟内不恢复紫红色；

(5)以Bi2(SiF6)3的水溶液电解精炼铋，电解过程中，铋的化合价由+3价降到0价，得到3个电子，当电路中通过0.3mol电子时，阴极析出的金属Bi的物质的量为0.1mol，质量为0.1mol×209g/mol=20.9g，粗铋中含有杂质Pb，电解过程中Pb失电子得到Pb2+，除去Pb2+选择SO42-，为使电解液H2SiF6再生，需引入H+，故选择H2SO4。