Question

【題目】銻(Sb)廣泛用于生產各種阻燃劑、陶瓷、半導體元件、醫藥及化工等領域。以輝銻礦為原料制備金屬銻，其一種工藝流程如下：

已知部分信息如下：

I.輝銻礦(主要成分為Sb2S3，還含有As2S5、PbS、CuO和SiO2等)；

Ⅱ.浸出液主要含鹽酸和SbCl3，還含SbCl2、CuCl2、AsCl3和PbCl2等雜質；

Ⅲ.常溫下，Ksp(CuS)=1.0×10-36，Ksp(PbS)=9.0×10-29。

回答下列問題：

(1)NaH2PO2中P的化合價為___________。

(2)“酸浸”過程中SbCl3和Sb2S3反應有S生成，該反應的還原產物是___________(填化學式)。

(3)寫出“還原”反應的化學方程式：_________________________________。

(4)已知：浸出液中C(Cu2+)=0.01mo/L、C(Pb2+)=0.1mo/L。在沉淀銅、鉛過程中，緩慢滴加極稀的硫化鈉溶液，先產生的沉淀是______________________(填化學式)；當CuS、PbS共沉時，___________。

(5)在“除砷”過程中，氧化產物為H3PO4。該反應中氧化劑還原劑的物質的量之比為_______。常溫下，SbCl2溶液的pH<7，用離子方程式表示其原因：_____________________。

(6)在“電解”過程中，以惰性材料為電極，陰極的電極反應式為______________________；“電解”中銻的產率與電壓大小關系如圖所示。當電壓超過U0V時，銻的產率降低的原因可能是______________________。

Answer 1

【答案】+1 SbCl3 3SbCl5+2Sb=5SbCl3 CuS 9.0×107 4:3 Sb3++3H2OSb(OH)3+3H+ Sb3++3e-=Sb H+參與了電極反應

【解析】

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CuS、PbS，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)根據化合物中元素正負化合價代數和為0判斷；

(2)“浸出”時之，Sb2S3在溶液中和SbCl5發生氧化還原反應，生成單質硫和三價氯化物；

(3)“還原”時Sb和SbCl5反應生成SbCl3，根據原子守恒即可得反應的化學方程式；

(4)根據Ksp(CuS)=1.0×10-36、Ksp(PbS)=9.0×10-29，c(Cu2+)=0.01mol/L、c(Pb2+)=0.10 mol/L時形成CuS和PbS沉淀時溶液中S2-的濃度，判斷最先生成的沉淀成分；當CuS、PbS共沉時，；所加Na2S也不宜過多，目的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，再判斷反應中氧化劑、還原劑的物質的量之比；根據該鹽是強酸弱堿鹽，用鹽的水解規律分析；

(6)電解池陽極Cl-發生氧化反應生成氯氣，陰極Sb3+發生還原反應生成Sb；陰極周圍有H+和Sb3+，一定條件下H+也可以被還原生成氫氣。

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溶液，Cu2+和Pb2+均沉淀完全，過濾得到濾渣2為CuS、PbS，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)在NaH2PO2中Na為+1價，H為+1價，O為-2價，根據化合物中元素正負化合價代數和為0，可知P的化合價為+1價；

(2)“浸出”時之，Sb2S3在溶液中和SbCl5發生氧化還原反應，生成單質硫和三價氯化銻，反應的化學方程式為：Sb2S3+3SbCl5=5SbCl3+3S，其中還原產物是SbCl3；

(3)“還原”時Sb和SbCl5反應生成SbCl3，反應的化學方程式為3SbCl5+2Sb=5SbCl3；

(4)Ksp(CuS)=1.0×10-36、c(Cu2+)=0.01mol/L，則生成CuS時溶液中S2-的濃度為c(S2-)=mol/L=1.0×10-34mol/L，Ksp(PbS)=9.0×10-29、c(Pb2+)=0.10 mol/L，則形成PbS沉淀時溶液中S2-的濃度為c(S2-)=mol/L=9.0×10-27mol/L，可見最先生成的是CuS沉淀；當CuS、PbS共沉時，==9.0×107；所加Na2S也不宜過多，否則產生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，根據電子守恒及原子守恒，可得反應的化學方程式為：4AsCl3+3Na3PO2+6H2O=4As+3H3PO4+9NaCl+3HCl，其中AsCl3是氧化劑，Na3PO2是還原劑，兩者的物質的量之比為4：3；常溫下，SbCl3溶液的pH<7，是由于SbCl3是強酸弱堿鹽，在溶液中Sb2+會發生水解反應，消耗水電離產生的OH-，當最終達到平衡時，溶液中c(H+)>c(OH-)，因此溶液顯酸性，用離子方程式表示其原因為Sb3++3H2OSb(OH)3+3H+；

(6)電解池陽極發生氧化反應生成氯氣，陰極發生還原反應生成Sb，則陽極電極反應式為2Cl--2e-=Cl2↑；陰極電極反應式為Sb3++3e-=Sb，在陰極周圍有H+和Sb3+，當電壓超過UoV時，H+參與了電極反應，被還原生成氫氣，從而導致銻的產率降低。