Question

【題目】氯氧化鉍(BiOCl)常用于電子設備等領域，BiOCl難溶于水，它是BiCl3的水解產物。以鉍的廢料(主要含鉍的化合物，含少量銅、鉛、鋅的硫酸鹽及Cu2S和Fe2O3等)為原料生產高純度BiOCl的工藝流程如下：

請回答下列問題：

(1)在浸液1中加入過量的鋅，過濾，將濾液蒸發濃縮、降溫結晶、過濾、洗滌、干燥得結晶水合物M，M的摩爾質量為287 g·mol-1，M為 ___(填化學式)。

(2)已知：浸液2呈藍色，浸渣2含有少量硫單質。“浸銅”中MnO2的作用是____(用離子方程式表示)。

(3)“浸鉍”中，鉍的浸出率與溫度關系如圖所示：

在高于40℃左右時“鉍浸出率”開始下降，其主要因素可能是____(從兩個角度分析)。

(4)在室溫和液固比固定的條件下，c(HCl)=1.0mol·L-1時，鉍的浸出率與溶液中c(Cl-)的關系如圖所示。“浸鉍”操作中，加入NaCl的目的是____。

(5)浸液3中主要溶質是BiCl3，“沉鉍”過程中，有氣體放出。“沉鉍”的主要化學反應的方程式為____。從綠色化學角度看，浸液4可以用于____(填“酸浸”、“浸銅”或“浸鉍”)。

(6)測定產品的純度：取mg充分洗滌并干燥后的產品，溶于稍過量的濃硝酸中，加水稀釋到100.0mL，取20.0mL于燒杯中，用cmol·L-1的AgNO3標準溶液滴定至終點(用Na2CrO4，作指示劑)，消耗AgNO3標準溶液VmL，則產品中BiOCl的質量分數為____%(用含m、c、V的代數式表示)。

Answer 1

【答案】ZnSO4·7H2O Cu2S+2MnO2+8H+=2Cu2++S+2Mn2++4H2O HCl的揮發加快、Bi3+水解程度增大 增大浸出液中c(Cl-)提高鉍浸出率 BiCl3 + Na2CO3=BiOCl↓+ 2NaCl + CO2↑ 浸鉍

【解析】

鉍廢料加入稀硫酸酸浸，浸液1中主要含Cu2+、Zn2+、Fe3+等，浸渣1中則主要含有鉍的化合物、Cu2S和PbSO4；向浸渣1中加入稀硫酸和MnO2，根據題目信息可知亞銅離子被氧化得到Cu2+，S2-被氧化得到S單質，所以浸渣2中主要含有含鉍化合物、S和PbSO4；向浸渣2中加入鹽酸和NaCl溶液可以浸出Bi3+，酸性溶液中鉍元素主要以Bi3+形式存在，所以浸液3中主要含有Bi3+，浸渣3主要為S和PbSO4；浸液3中加入Na2CO3溶液，溶液堿性增強，Bi3+水解以BiO+離子形式存在，BiO+與Cl-形成BiOCl從溶液中析出，最終得到BiOCl，據此分析解答。

(1)浸液1中主要陽離子為Cu2+、Zn2+、Fe3+等，加入過量鋅，Cu2+、Fe3+完全反應，得到純凈的硫酸鋅溶液，所以最終得到的結晶水合物為ZnSO4·xH2O，其摩爾質量為287 g·mol-1，則x=，所以M為ZnSO4·7H2O；

(2)浸液2為藍色，說明有銅離子生成，即Cu+被MnO2氧化，浸渣2含有少量硫單質，即硫離子被氧化成硫單質，結合電子守恒和元素守恒可知該過程離子方程式為Cu2S+2MnO2+8H+=2Cu2++S+2Mn2++4H2O；

(3)溫度升高HCl 的揮發加快、Bi3+水解程度增大，導致高于40℃左右時“鉍浸出率”開始下降；

(4)據圖可知氯離子濃度越大，鉍的浸出率增大，加入氯化鈉可以增大浸出液中c(Cl-)，提高鉍浸出率；

(5)BiCl3的水解使溶液顯酸性，碳酸鈉水解使溶液顯堿性，二者相互促進，最后徹底水解，所以得到的氣體應為二氧化碳，發生的反應方程式為：BiCl3 + Na2CO3= BiOCl↓+ 2NaCl + CO2↑；根據方程式可知浸液4中含有大量NaCl，可用于浸鉍；

(6)該滴定原理為利用硝酸銀標準液滴定BiOCl中氯離子的量，存在數量關系n(BiOCl)=n(AgNO3)；所以20.0mL待測液中n(BiOCl)=Vc×10-3mol，則樣品中n(BiOCl)=×Vc×10-3mol=5Vc×10-3mol，所以產品中BiOCl的質量分數為。