Question

以硫鐵礦為原料生產(chǎn)硫酸所得的酸性廢水中砷元素含量極高，為控制砷的排放，采用化學沉降法處理含砷廢水，相關(guān)數(shù)據(jù)如下表．

難溶物	Ksp
Ca3（AsO4）2	6.8×10-19
AlAsO4	1.6×10-16
FeAsO4	5.7×10-21

表1．幾種砷酸鹽的K_sp

污染物	H2SO4	As
濃度	28.42g/L	1.6g?L-1
排放標準	pH 6～9	0.5mg?L-1

表2．工廠污染物排放濃度及允許排放標準
回答以下問題：
（1）該硫酸工廠排放的廢水中硫酸的物質(zhì)的量濃度c（H₂SO₄）=

 

mol?L^-1．
（2）寫出難溶物Ca₃（AsO₄）₂的K_sp表達式：K_sp[Ca₃（AsO₄）₂]=

 

，若混合溶液中Al³⁺、Fe³⁺的濃度均為1.0×10^-4mol?L^-1，c（AsO₄^3-）的最大是

 

mol?L^-1．
（3）工廠排放出的酸性廢水中的三價砷（H₃AsO₃弱酸）不易沉降，可投入MnO₂先將其氧化成五價砷（H₃AsO₄弱酸），寫出該反應(yīng)的離子方程式

 

．
（4）在處理含砷廢水時采用分段式，先向廢水中投入生石灰調(diào)節(jié)pH到2，再投入生石灰將pH調(diào)節(jié)到8左右使五價砷以Ca₃（AsO₄）₂形式沉降．
①將pH調(diào)節(jié)到2時廢水中有大量沉淀產(chǎn)生，沉淀主要成分的化學式為

 

；
②Ca₃（AsO₄）₂在pH調(diào)節(jié)到8左右才開始沉淀的原因為

 

．

Answer 1

分析：（1）依據(jù)圖表中的硫酸質(zhì)量濃度換算 物質(zhì)的量計算得到；
（2）依據(jù)難溶物Ca₃（AsO₄）₂的Ksp的概念是沉淀溶解平衡中的兩種濃度冪次方乘積；依據(jù)Ksp越小，先生成沉淀，依據(jù)溶度積常數(shù)計算得到兩種濃度；
（3）根據(jù)反應(yīng)物和生成物結(jié)合元素化合價的變化配平方程式；
（4）①硫酸鈣難溶于酸，所以酸性條件下能析出；
②H₃AsO₄是弱酸電離出來的AsO₄^3-較少，所以酸性條件下不易形成Ca₃（AsO₄）₂沉淀．

解答：解：（1）圖表中硫酸濃度為28.42g/L，換算物質(zhì)的量濃度=

28.42g 98g/mol

1L

=0.29mol/L；
故答案為：0.29；
（2）難溶物Ca₃（AsO₄）₂的沉淀溶解平衡為：Ca₃（AsO₄）₂（s）?3Ca²⁺+2AsO₄^3-；溶度積Ksp=c³（Ca²⁺）?c² （AsO₄^3-）；若混合溶液中Al³⁺、Fe³⁺的濃度均為1.0×10^-4mol?L^-1，依據(jù)Ksp大小可以得到，Ksp（FeAsO₄ ）小，反應(yīng)過程中Fe³⁺先析出沉淀；依據(jù)Ksp（FeAsO₄ ）=c（Fe³⁺）c（AsO₄^3-）=5.7×10^-21；Fe³⁺的濃度均為1.0×10^-4mol?L^-1，計算得到 c（AsO₄^3-）=5.7×10^-17mol/L；
故答案為：c³（Ca²⁺）?c² （AsO₄^3-）；5.7×10^-17；
（3）三價砷（H₃AsO₃弱酸）不易沉降，可投入MnO₂先將其氧化成五價砷（H₃AsO₄弱酸），則該反應(yīng)的離子方程式為：2H⁺+MnO₂+H₃AsO₃=H₃AsO₄+Mn²⁺+H₂O；
故答案為：2H⁺+MnO₂+H₃AsO₃=H₃AsO₄+Mn²⁺+H₂O；
（4）①硫酸鈣難溶于酸，所以酸性條件下能析出，因此pH調(diào)節(jié)到2時廢水中有大量沉淀產(chǎn)生，沉淀主要成分的化學式為CaSO₄，故答案為：CaSO₄；
②H₃AsO₄是弱酸電離出來的AsO₄^3-較少，所以酸性條件下不易形成Ca₃（AsO₄）₂沉淀，當溶液中pH調(diào)節(jié)到8左右時AsO₄^3-濃度增大，Ca₃（AsO₄）₂開始沉淀，
故答案為：H₃AsO₄是弱酸，當溶液中pH調(diào)節(jié)到8左右時AsO₄^3-濃度增大，Ca₃（AsO₄）₂開始沉淀．

點評：本題考查了溶液中濃度的換算，沉淀溶解平衡的溶度積常數(shù)計算，離子方程式的書寫，沉淀的形成等，考查的知識點較多，題目難度中等．