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。

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

表1．几种砷酸盐的K_sp       

污染物	H2SO4	As
浓度	28.42 g/L	1.6 g·L－1
排放标准	pH 6～9	0.5 mg·L－1

表2．工厂污染物排放浓度及允许排放标准
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。
①将pH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

12分）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
（每空2分，共12分）

解析（1）图表中硫酸浓度为28.42g/L，换算物质的量浓度==0.29mol/L
（2）难溶物Ca₃（AsO₄）₂的沉淀溶解平衡为：Ca₃（AsO₄）₂（s）?3Ca²⁺+2AsO₄^3-；溶度积Ksp=c³（Ca²⁺）?c² （AsO₄^3-）；若混合溶液中Al³⁺、Fe³⁺的浓度均为1.0×10^-4mol?L^-1，依据Ksp大小可以得到，Ksp（FeAsO₄ ）小，反应过程中Fe³⁺先析出沉淀；依据Ksp（FeAsO₄ ）=c（Fe³⁺）c（AsO₄^3-）=5.7×10^-21；Fe³⁺的浓度均为1.0×10^-4mol?L^-1，计算得到 c（AsO₄^3-）=5.7×10^-17mol/L；
答案为：c³（Ca²⁺）?c² （AsO₄^3-）；5.7×10^-17；
⑶离子方程式2H^＋＋MnO₂＋H₃AsO₃＝H₃AsO₄＋Mn^2＋＋H₂O
⑷①CaO＋H₂SO₄=CaSO₄＋H₂O,CaSO₄是微溶，饱和而析出，答案：CaSO₄ 
②H₃AsO₄是弱酸，酸性条件下以主要以分子形式存在，随pH增大，AsO₄^3－浓度增大，当溶液中pH调节到8左右时AsO₄^3－浓度增大到Ca₃(AsO₄)₂的浓度熵大于Ca₃(AsO₄)₂的   K_sp Ca₃(AsO₄)₂开始沉淀；
答案：H₃AsO₄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。