Question

4．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，相關數(shù)據(jù)如表．

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）若混合溶液中Al³⁺、Fe³⁺的濃度均為1.0×10^-4mol•L^-1，c（AsO₄^3-）最大是5.7×10^-17mol•L^-1．
（2）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），寫出該反應的離子方程式2H⁺+MnO₂+H₃AsO₃=H₃AsO₄+Mn²⁺+H₂O．
（3）在處理含砷廢水時采用分段式，先向廢水中投入適量生石灰調(diào)節(jié)pH到2，再投入適量生石灰將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CaSO₄；
②在pH調(diào)節(jié)到8左右才開始出現(xiàn)大量Ca₃（AsO₄）₂沉淀的原因為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．

Answer 1

分析 （1）若混合溶液中Al³⁺、Fe³⁺的濃度均為1.0×10^-4mol•L^-1，由表格中Ksp可知Ksp（FeAsO₄ ）最小，以此計算；
（2）入MnO₂先將其氧化成五價砷（H₃AsO₄弱酸）同時生成Mn²⁺和H₂O；
（3）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，當溶液中pH調(diào)節(jié)到8左右時AsO₄^3-濃度增大．

解答 解：（1）若混合溶液中Al³⁺、Fe³⁺的濃度均為1.0×10^-4mol•L^-1，由表格中Ksp可知Ksp（FeAsO₄ ）最小，反應過程中Fe³⁺先析出沉淀，Ksp（FeAsO₄ ）=c（Fe³⁺）c（AsO₄^3-）=5.7×10^-21，F(xiàn)e³⁺的濃度均為1.0×10^-4mol•L^-1，則 c（AsO₄^3-）=$\frac{5.7×1{0}^{-21}}{1×1{0}^{-4}}$=5.7×10^-17mol/L，
故答案為：5.7×10^-17；
（2）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）同時生成Mn²⁺和H₂O，則該反應的離子方程式為2H⁺+MnO₂+H₃AsO₃=H₃AsO₄+Mn²⁺+H₂O，
故答案為：2H⁺+MnO₂+H₃AsO₃=H₃AsO₄+Mn²⁺+H₂O；
（3）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 本題考查難溶電解質(zhì)的溶解平衡，為高頻考點，把握Ksp的應用及計算、習題中的信息為解答的關鍵，側重分析與計算能力的考查，注意多元弱酸的電離，題目難度不大．