Question

8．工厂中用稀硫酸浸泡某矿石后的溶液中，除了含有大量硫酸外，还含有少量NH₄⁺、Fe³⁺、AsO₄^3-、Cl^-．为除去杂质离子，部分操作流程如下图：

请回答问题：
（1）用稀硫酸浸泡某矿石后的溶液中，硫酸的浓度为4.9g•L^-1，则该溶液的pH约为1
（2）NH₄⁺在用稀硫酸浸泡某矿石后的溶液中以（NH₄）₂SO₄和NH₄Cl形式存在．现有一份（NH₄）₂SO₄溶液，一份NH₄Cl溶液，（NH₄）₂SO₄溶液中c（NH₄⁺）恰好是NH₄Cl溶液中c（NH₄⁺）的2倍，则c[（NH₄）₂SO₄]＜c（NH₄Cl）（填：＜、=或＞）
（3）向废液中投入生石灰（忽略溶液温度的变化），溶液中c（NH₃•H₂O）与c（OH^-）的比值（填“增大”、“减小”或“不变”）减小
（4）投入生石灰调节pH到2～3时，大量沉淀主要成分为CaSO₄•2H₂O[含有少量Fe（OH）₃]，提纯CaSO₄•2H₂O的主要操作步骤：向沉淀中加入过量稀硫酸充分反应后，过滤、洗涤、
（5）25℃，H₃AsO₄电离常数为K₁=5.6×10^-3 ，K₂=1.7×10^-7，K₃=4.0×10^-12．当溶液中pH调节到8～9时，沉淀主要成分为Ca₃（AsO₄）₂
①Na₃AsO₄第一步水解的平衡常数数值为：2.5×10^-3
②已知：AsO₄^3-+2I^-+2H⁺═AsO₃^3-+I₂+H₂O，SO₂+I₂+2H₂O═SO₄^2-+2I^-+4H⁺．上述两个反应中还原性最强的微粒是SO₂．

Answer 1

分析 硫酸废液中含有大量硫酸外，还含有少量NH₄⁺、Fe³⁺、AsO₄^3-、Cl^-，加入生石灰，调节pH2～3，大量沉淀主要成分为CaSO₄•2H₂O[含有少量Fe（OH）₃]，滤液加入生石灰调节pH8～9，生成Ca₃（AsO₄）₂沉淀，滤液主要含有（NH₄）₂SO₄和NH₄Cl，
（1）硫酸的浓度为4.9g•L^-1，结合c=$\frac{n}{V}$=$\frac{\frac{m}{M}}{V}$计算；
（2）根据c（NH₄⁺）越大，NH₄⁺水解程度越小判断；
（3）随着向废液中投入生石灰，c（OH^-）增大，c（NH₃•H₂O）减小；
（4）提纯CaSO₄•2H₂O，可加入稀硫酸溶解Fe（OH）₃，并洗涤、干燥；
（5）①依据水解常数与电离常数及Kw的关系计算；
②根据还原剂还原性大于还原产物的还原性判断．

解答 解：硫酸废液中含有大量硫酸外，还含有少量NH₄⁺、Fe³⁺、AsO₄^3-、Cl^-，加入生石灰，调节pH2～3，大量沉淀主要成分为CaSO₄•2H₂O[含有少量Fe（OH）₃]，滤液加入生石灰调节pH8～9，生成Ca₃（AsO₄）₂沉淀，滤液主要含有（NH₄）₂SO₄和NH₄Cl，
（1）硫酸的浓度为4.9g•L^-1，c（H₂SO₄）=$\frac{\frac{4.9g}{98g/mol}}{1L}$=0.05mol/L，c（H⁺）=0.1mol/L，pH=-lg0.1=1，故答案为：1；
（2）如c[（NH₄）₂SO₄]=c（NH₄Cl），则（NH₄）₂SO₄溶液中c（NH₄⁺）较大，因c（NH₄⁺）越大，NH₄⁺水解程度越小，则（NH₄）₂SO₄溶液中c（NH₄⁺）小于是NH₄Cl溶液中c（NH₄⁺）的2倍，如等于2倍，则c（NH₄Cl）应较大，
故答案为：＜；
（3）随着向废液中投入生石灰，c（OH^-）增大，c（NH₃•H₂O）减小，则溶液中$\frac{[N{H}_{3}•{H}_{2}O]}{[O{H}^{-}]}$减小，故答案为：减小；
（4）提纯CaSO₄•2H₂O，可加入稀硫酸溶解Fe（OH）₃，且防止CaSO₄•2H₂O的溶解，过滤后洗涤、干燥，
故答案为：稀硫酸；晾干或干燥；
（5）①Na₃AsO₄的第一步水解的离子方程式为：AsO₄^3-+H₂O?HAsO₄^2-+OH^-，该步水解的平衡常数Kh=$\frac{c（HAs{{O}_{4}}^{2-}）•c（OH{\;}^{-}）}{c（AsO{\;}_{4}{\;}^{3-}）}$=$\frac{c（HAs{O}_{4}{\;}^{2-}）•c（O{H}^{-}）•c（H{\;}^{+}）}{c（As{O}_{4}{\;}^{3-}）•c（H{\;}^{+}）}$=$\frac{Kw}{K3}$=$\frac{10{\;}^{-14}}{4.0×10{\;}^{-12}}$=2.5×10^-3，
故答案为：2.5×10^-3；
②已知：AsO₄^3-+2I^-+2H⁺=AsO₃^3-+I₂+H₂O，SO₂+I₂+2H₂O=SO₄^2-+2I^-+4H⁺．还原剂还原性大于还原产物的还原性，则还原性SO₂＞I^-＞AsO₃^3-，两个反应中还原性最强的微粒是SO₂，
故答案为：SO₂．

点评 本题考查较为综合，侧重于学生的分析、实验和计算能力的考查，注意把握溶液中浓度的换算，沉淀溶解平衡的溶度积常数计算，水解常数和电离常数的计算，离子方程式的书写，沉淀的形成等，考查的知识点较多，题目难度中等．