Question

(12分)以硫铁矿为原料生产硫酸所得的酸性废水中砷元素含量极高，为控制砷的排放，采用化学沉降法处理含砷废水，相关数据如下表。

回答以下问题：
⑴该硫酸工厂排放的废水中硫酸的物质的量浓度c(H₂SO₄)＝   ________mol·L^－1。
⑵写出难溶物Ca₃(AsO₄)₂的K_sp表达式：K_sp[Ca₃(AsO₄)₂]＝    ________，若混合溶液中Al^3＋、Fe^3＋的浓度均为1.0×10^－4mol·L^－1，c(AsO₄^3－)的最大是    ___mol·L^－1。
⑶工厂排放出的酸性废水中的三价砷（H₃AsO₃弱酸）不易沉降，可投入MnO₂先将其氧化成五价砷（H₃AsO₄弱酸），写出该反应的离子方程式   。
⑷在处理含砷废水时采用分段式，先向废水中投入生石灰调节pH到2，再投入生石灰将pH调节到8左右使五价砷以Ca₃(AsO₄)₂形式沉降。
①pH调节到2时废水中有大量沉淀产生，沉淀主要成分的化学式为    __；
②Ca₃(AsO₄)₂在pH调节到8左右才开始沉淀的原因为    _____。

Answer 1

⑴0.29    ⑵c³ (Ca^2＋)·c² (AsO₄^3－)       5.7×10^－17
⑶2H^＋＋MnO₂＋H₃AsO₃＝H₃AsO₄＋Mn^2＋＋H₂O
⑷①CaSO₄ ②H₃AsO₄是弱酸，当溶液中pH调节到8左右时AsO₄^3－浓度增大，Ca₃(AsO₄)₂开始沉淀

（1）根据28.42 g/L可知，硫酸的浓度是28.42÷98mol/L＝0.29mol/L。
（2）根据溶度积常数的表达式可知，K_sp[Ca₃(AsO₄)₂]＝c³ (Ca^2＋)·c² (AsO₄^3－)。若混合溶液中Al^3＋、Fe^3＋的浓度均为1.0×10^－4mol·L^－1，则根据溶度积常数可知，c(AsO₄^3－)分别是1.6×10^－12mol/L、5.7×10^－17mol/L。所以最大值不能超过5.7×10^－17mol/L。
（3）二氧化锰的还原产物是Mn^2＋，所以方程式为2H^＋＋MnO₂＋H₃AsO₃＝H₃AsO₄＋Mn^2＋＋H₂O。
（4）①由于废水中含有硫酸，所以最先生成的沉淀是硫酸钙沉淀。
②由于H₃AsO₄是弱酸，所以当溶液中pH调节到8左右时AsO₄^3－浓度增大，Ca₃(AsO₄)₂开始沉淀。