Question

3．美國麻省理工學(xué)院（MIT）近年來設(shè)計出鎂銻液態(tài)金屬電池，其工作原理如圖1所示，負(fù)極金屬失去電子，并通過外電路做功，而負(fù)極金屬離子化后通過熔鹽遷移到正極并與正極金屬合金化；充電則執(zhí)行相反的過程．

（1）寫出電池放電時的正極反應(yīng)式為Mg²⁺+2e^-=Mg．
（2）我國銻的蘊(yùn)藏量占世界第一位，輝銻礦（Sb₂S₃）是其主要礦物．某冶金課題組進(jìn)行三氯化銻水溶液的電解研究，然后利用電解過程中陽極生成的五氯化銻作為浸出劑，對輝銻礦進(jìn)行酸性浸出；從而實(shí)現(xiàn)浸出-電解的閉路循環(huán)，解決了傳統(tǒng)煉銻過程中“工業(yè)三廢”排放量大的問題．流程如圖2：
①寫出銻元素在周期表中的位 置第五周期第VA族．
②“工業(yè)三廢”指的是廢氣、廢水（廢液）、廢渣．
③電解過程中陽極主要是Sb³⁺被氧化成Sb⁵⁺．請寫出陰極的電極反應(yīng)式Sb³⁺+3e^-=Sb．
④根據(jù)流程圖寫出“浸出”步驟發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式Sb₂S₃+3SbCl₅=5SbCl₃+3S．
⑤已知浸出液中除Sb³⁺外，還有Cu²⁺、Pb²⁺等重金屬離子，其中c（Cu²⁺）=1.6×10^-3mol•L^-1，向浸出液中加入硫化鈉至溶液中的Cu²⁺剛好完全沉淀，則c（S^2-）=8×10^-40．（已知K_sp（CuS）=8×10^-45  K_sp（PbS）=3.4×10^-28）
⑥還原除砷的原理是：在大于4mol•L^-1的HCl溶液中，以次磷酸鈉（Na₃PO₂）做還原劑，保持微沸溫度，使AsCl₃被還原為棕色單質(zhì)砷沉淀，請配平該反應(yīng)的化學(xué)方程式：
2AsCl₃+3Na₃PO₂+3HCl+3H₂O=2As↓+3H₃PO₃+9NaCl．

Answer 1

分析 （1）金屬離子化后通過熔鹽遷移到正極并與正極金屬合金化，說明負(fù)極失電子生成的金屬離子在正極得電子生成金屬單質(zhì)；
（2）①銻元素屬于第五周期第ⅤA族；
②工業(yè)三廢包括廢氣、廢水（廢液）、廢渣；
③從流程圖中可以看出陽極產(chǎn)物為SbCl₅，而電解完成后產(chǎn)生金屬銻，應(yīng)為Sb³⁺離子在陰極得電子生成；
④根據(jù)流程圖看出“浸出”步驟輝銻礦與陽極產(chǎn)物SbCl₅反應(yīng)產(chǎn)生不溶物，SbCl₅具有氧化性，Sb₂S₃具有還原性，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，在浸出液中含有硫單質(zhì)，所以氧化產(chǎn)物中有硫；
⑤Cu²⁺剛好完全沉淀時c（Cu²⁺）=1×10^-5，根據(jù)K_sp（CuS）=c（Cu²⁺）×c（S^2-）=8×10^-45計算出c（S^2-）；
⑥該反應(yīng)中AsCl₃為氧化劑，被還原為As單質(zhì)；Na₃PO₂為還原劑，被氧化為H₃PO₃；HCl顯酸性，提供酸性環(huán)境，根據(jù)得失電子守恒配平．

解答 解：（1）負(fù)極失電子生成的金屬離子在正極得電子生成金屬單質(zhì)，負(fù)極金屬為鎂，故正極電極反應(yīng)式為Mg²⁺+2e^-=Mg；
故答案為：Mg²⁺+2e^-=Mg；
（2）①銻元素屬于氮族元素，位于周期表中第五周期第ⅤA族；
故答案為：第五周期第VA族；
②工業(yè)三廢包括廢氣、廢水（廢液）、廢渣；
故答案為：廢氣、廢水（廢液）、廢渣；
③從流程圖中可以看出陽極產(chǎn)物為SbCl₅，而電解完成后產(chǎn)生金屬銻，故陰極反應(yīng)式為Sb³⁺+3e^-=Sb；
故答案為：Sb³⁺+3e^-=Sb；
④在浸出步驟中具有氧化性的SbCl₅和具有還原性的Sb₂S₃發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成不溶性的S單質(zhì)和SbCl₃，故反應(yīng)方程式為Sb₂S₃+3SbCl₅=5SbCl₃+3S；
故答案為：Sb₂S₃+3SbCl₅=5SbCl₃+3S；
⑤Cu²⁺剛好完全沉淀時c（Cu²⁺）=1×10^-5，由K_sp（CuS）=c（Cu²⁺）×c（S^2-），知c（S^2-）=$\frac{Ksp（CuS）}{c（S{\;}^{2-}）}$=$\frac{8×10{\;}^{-45}}{1×10{\;}^{-5}}$=8×10^-40；
故答案為：8×10^-40；
⑥次磷酸鈉（Na₃PO₂）做還原劑，被氧化為H₃PO₃，P元素由+1價變?yōu)?3價，價態(tài)升高2；AsCl₃被還原為As單質(zhì)，As元素由+3價變?yōu)?價，價態(tài)降低3，所以AsCl₃和Na₃PO₂系數(shù)為2：3，根據(jù)元素守恒配平化學(xué)反應(yīng)方程式為2AsCl₃+3Na₃PO₂+3HCl+3H₂O=2As↓+3H₃PO₃+9NaCl．
故答案為：2；3；3；3；2；3；9．

點(diǎn)評 本題考查了原電池和電解池的工作原理及應(yīng)用，物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作應(yīng)用等內(nèi)容，看準(zhǔn)流程圖是解題的關(guān)鍵，題目難度中等．