《2025年红对勾高考一轮复习金卷化学》

19.(14分)(2024·陕西咸阳统考一模)钒酸铋(BiVO₄)是一种亮黄色、无毒、无害的光催化剂,主要应用于高选择性制备氢气。工业上以辉铋矿粉(主要成分是Bi₂S₃,还含Bi₂O₃、Bi、FeS₂和SiO₂等杂质)为原料制备钒酸铋(BiVO₄)的流程如图所示:

已知部分信息如下:①氧化性:Fe³⁺＞Bi³⁺。②滤液1中的阴离子主要是Cl⁻。③常温下,几种离子生成氢氧化物沉淀的pH如下表所示:

当溶液中某离子浓度小于1×10⁻⁵ mol·L⁻¹时,视为沉淀完全。
回答下列问题:
(1)浸渣1的主要成分为_______________。
(2)浸取时Bi₂S₃转化的离子方程式为______________________________。
(3)从工艺流程分析,氧化调节pH环节,除了可用NaOH溶液,还可用 调节,且需调至溶液的pH为_______________(填范围)。
(4)稀释水解时通常通入热水蒸气,其目的是_______________;水解的化学方程式为_______________。
(5)设计实验检验气体X的成分:______________________________。
(6)常温下,Bi(OH)₃的Ksp为_______________。

答案：
(1)S、SiO₂
(2)Bi₂S₃ + 6Fe³⁺ = 2Bi³⁺ + 3S + 6Fe²⁺
(3)Bi₂O₃、氨水或Bi(OH)₃等 3.1≤pH＜4.0
(4)温度升高，有利于Bi³⁺水解平衡正向移动　BiCl₃ + 3H₂O $\triangle$ Bi(OH)₃↓ + 3HCl [或BiCl₃ + 3H₂O ⇌ Bi(OH)₃ + 3HCl]
(5)将产生的气体X通入品红溶液，溶液褪色，加热后溶液又恢复为红色，则表明生成的气体是SO₂
(6)1.0×10⁻³⁰.⁵
解析:辉铋矿(主要成分是Bi₂S₃，还含Bi₂O₃、Bi、FeS₂和SiO₂等杂质)加盐酸溶解，同时加氯化铁溶液将FeS₂氧化为硫单质，滤液1主要成分为BiCl₃和FeCl₂，同时还含过量的盐酸和氯化铁，浸渣1为二氧化硅和硫单质;滤液1中加H₂O₂将亚铁离子氧化为铁离子，加氢氧化钠将铁离子转化为氢氧化铁沉淀;过滤后滤液2中含氯化铋和氯化钠，稀释促进氯化铋水解生成氢氧化铋和盐酸，过滤后滤饼溶于稀盐酸得BiOCl;BiOCl与SOCl₂发生反应得到BiCl₃和二氧化硫，BiCl₃与NH₄VO₄反应生成BiVO₄，据此进行解答。
(1)由上述分析可知，浸渣1的主要成分为S和SiO₂。
(2)浸取时Bi₂S₃加盐酸溶解，同时加氯化铁溶液将硫氧化为硫单质，离子方程式为Bi₂S₃ + 6Fe³⁺ = 2Bi³⁺ + 3S + 6Fe²⁺。
(3)加入NaOH的目的是反应掉溶液中的H⁺，使Fe³⁺转化为氢氧化铁沉淀，除了可用NaOH溶液，还可用Bi₂O₃、氨水或Bi(OH)₃等。根据表中氢氧化物沉淀的pH，调节溶液的pH范围为3.1≤pH＜4.0。
(4)水解反应为吸热反应，通入水蒸气有加热的作用，温度升高，有利于Bi³⁺水解平衡正向移动，BiCl₃水解的化学方程式为BiCl₃ + 3H₂O $\triangle$ Bi(OH)₃↓ + 3HCl或BiCl₃ + 3H₂O ⇌ Bi(OH)₃ + 3HCl。
(5)BiOCl与SOCl₂发生反应得到BiCl₃和二氧化硫，即X是SO₂，检验的方法为将产生的气体X通入品红溶液，溶液褪色，加热后溶液又恢复为红色，则表明生成的气体是SO₂。
(6)根据表格中数据，Bi(OH)₃恰好完全沉淀时的pH为5.5，此时c(OH⁻)=10⁻⁸.⁵mol·L⁻¹，c(Bi³⁺)=10⁻⁵mol·L⁻¹，Ksp[Bi(OH)₃]=c³(OH⁻)·c(Bi³⁺)=(10⁻⁸.⁵)³×10⁻⁵ = 1.0×10⁻³⁰.⁵。