Question

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	28.42g/L	1.6g?L-1
排放标准	pH 6～9	0.5mg?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：
（1）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．
（2）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Al³⁺、Fe³⁺的浓度均为1.0×10^-4mol?L^-1，c（AsO₄^3-）的最大是

 

mol?L^-1．
（3）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

 

．
（4）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

分析：（1）依据图表中的硫酸质量浓度换算 物质的量计算得到；
（2）依据难溶物Ca₃（AsO₄）₂的Ksp的概念是沉淀溶解平衡中的两种浓度幂次方乘积；依据Ksp越小，先生成沉淀，依据溶度积常数计算得到两种浓度；
（3）根据反应物和生成物结合元素化合价的变化配平方程式；
（4）①硫酸钙难溶于酸，所以酸性条件下能析出；
②H₃AsO₄是弱酸电离出来的AsO₄^3-较少，所以酸性条件下不易形成Ca₃（AsO₄）₂沉淀．

解答：解：（1）图表中硫酸浓度为28.42g/L，换算物质的量浓度=

28.42g 98g/mol

1L

=0.29mol/L；
故答案为：0.29；
（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；
故答案为：c³（Ca²⁺）?c² （AsO₄^3-）；5.7×10^-17；
（3）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），则该反应的离子方程式为：2H⁺+MnO₂+H₃AsO₃=H₃AsO₄+Mn²⁺+H₂O；
故答案为：2H⁺+MnO₂+H₃AsO₃=H₃AsO₄+Mn²⁺+H₂O；
（4）①硫酸钙难溶于酸，所以酸性条件下能析出，因此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CaSO₄，故答案为：CaSO₄；
②H₃AsO₄是弱酸电离出来的AsO₄^3-较少，所以酸性条件下不易形成Ca₃（AsO₄）₂沉淀，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，
故答案为：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．

点评：本题考查了溶液中浓度的换算，沉淀溶解平衡的溶度积常数计算，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．