Question

9．砷（As）是一些工厂和矿山废水中的污染元素，使用吸附剂是去除水中砷的有效措 施之一．
（1）将硫酸锰、硝酸钇与氢氧化钠溶液按一定比例混合，搅拌使其充分反应，可获得一种砷的高效吸附剂X，吸附剂X中含有CO₃^2-，其原因是碱性溶液吸收了空气中的CO₂．
（2）H₃AsO₃和H₃AsO₄水溶液中含砷的各物种的分布分数（平衡时某物种的浓度占各物种浓度之和的分数）与pH的关系分别如图-1和图-2所示．

①以酚酞为指示剂（变色范围pH 8.0～10.0），将NaOH溶液逐滴加入到H₃AsO₃溶液中，当溶液由无色变为浅红色时停止滴加．该过程中主要反应的离子方程式为OH^-+H₃AsO₃=H₂AsO₃^-+H₂O．
②H₃AsO₄第一步电离方程式H₃AsO₄?H₂AsO₄^-+H⁺的电离常数为K_a1，则pK_a1=2.2（p K_a1=-lg K_a1 ）．
（3）溶液的pH对吸附剂X表面所带电荷有影响．pH=7.1时，吸附剂X表面不带电荷； pH＞7.1时带负电荷，pH越高，表面所带负电荷越多；pH＜7.1时带正电荷，pH越低，表面所带正电荷越多．pH不同时吸附剂X对三价砷和五价砷的平衡吸附量（吸附达平衡时单位质量吸附剂X吸附砷的质量）如图-3所示．

①在pH7～9之间，吸附剂X对五价砷的平衡吸附量随pH升高而迅速下降，其原因是在pH7～9之间，随pH升高H₂AsO₄^-转变为HAsO₄^2-，吸附剂X表面所带负电荷增多，静电斥力增加．
②在pH4～7之间，吸附剂X对水中三价砷的去除能力远比五价砷的弱，这是因为在pH4～7之间，吸附剂X表面带正电，五价砷主要以H₂AsO₄^-和HAsO₄^2-阴离子存在，静电引力较大；而三价砷主要以H₃AsO₃分子存在，与吸附剂X表面产生的静电引力小． 提高吸附剂X对三价砷去除效果可采取的措施是加入氧化剂，将三价砷转化为五价砷．

Answer 1

分析 （1）空气中的CO₂属于酸性氧化物，能溶于强碱溶液；
（2）①根据图知，碱性条件下H₃AsO₃的浓度减小、H₂AsO₃^-浓度增大，说明碱和H₃AsO₃生成H₂AsO₃^-，该反应为酸碱的中和反应；
②K_a1=$\frac{c（{H}_{2}As{{O}_{4}}^{-}）．c（{H}^{+}）}{c（{H}_{3}As{O}_{4}）}$，pH=2.2时c（H⁺）=10^-2.2 mol/L，c（H₃AsO₃）=c（H₂AsO₃^-）；
（3）①吸附剂X表面所带负电荷增多，静电斥力越大；
②在pH4～7之间，吸附剂X表面带正电，五价砷主要以H₂AsO₄^-和HAsO₄^2-阴离子存在，pH＜7.1时带正电荷，pH越低，表面所带正电荷越多；而三价砷主要以H₃AsO₃分子存在；
在pH4～7之间，吸附剂X对水中三价砷的去除能力远比五价砷的弱，如果能将三价砷转化为五价砷，能有效的去除三价砷．

解答 解：（1）空气中的CO₂属于酸性氧化物，能溶于强碱溶液，NaOH是碱，能吸收空气中的二氧化碳而生成碳酸根离子，所以其原因是碱性溶液吸收了空气中的CO₂，故答案为：碱性溶液吸收了空气中的CO₂；
（2）①根据图知，碱性条件下H₃AsO₃的浓度减小、H₂AsO₃^-浓度增大，说明碱和H₃AsO₃生成H₂AsO₃^-，该反应为酸碱的中和反应，同时还生成水，离子方程式为OH^-+H₃AsO₃=H₂AsO₃^-+H₂O，
故答案为：OH^-+H₃AsO₃=H₂AsO₃^-+H₂O；
②K_a1=$\frac{c（{H}_{2}As{{O}_{4}}^{-}）．c（{H}^{+}）}{c（{H}_{3}As{O}_{4}）}$，pH=2.2时c（H⁺）=10^-2.2 mol/L，c（H₃AsO₃）=c（H₂AsO₃^-），p K_a1=-lg K_a1=-lg$\frac{c（{H}_{2}As{{O}_{4}}^{-}）．c（{H}^{+}）}{c（{H}_{3}As{O}_{4}）}$=2.2，
故答案为：2.2；
（3）①吸附剂X表面所带负电荷增多，静电斥力越大，在pH7～9之间，随pH升高H₂AsO₄^-转变为HAsO₄^2-，吸附剂X表面所带负电荷增多，静电斥力增加，导致在pH7～9之间，吸附剂X对五价砷的平衡吸附量随pH升高而迅速下降，
故答案为：在pH7～9之间，随pH升高H₂AsO₄^-转变为HAsO₄^2-，吸附剂X表面所带负电荷增多，静电斥力增加；
②在pH4～7之间，吸附剂X表面带正电，五价砷主要以H₂AsO₄^-和HAsO₄^2-阴离子存在，pH＜7.1时带正电荷，pH越低，表面所带正电荷越多，所以静电引力较大；而三价砷主要以H₃AsO₃分子存在，与吸附剂X表面产生的静电引力小，所以在pH4～7之间，吸附剂X对水中三价砷的去除能力远比五价砷的弱；
在pH4～7之间，吸附剂X对水中三价砷的去除能力远比五价砷的弱，如果能将三价砷转化为五价砷，能有效的去除三价砷，所以采取的措施是加入氧化剂，将三价砷转化为五价砷，
故答案为：在pH4～7之间，吸附剂X表面带正电，五价砷主要以H₂AsO₄^-和HAsO₄^2-阴离子存在，静电引力较大；而三价砷主要以H₃AsO₃分子存在，与吸附剂X表面产生的静电引力小；加入氧化剂，将三价砷转化为五价砷．

点评 本题以含有As的物质为载体考查弱电解质的电离及图象分析，为高频考点，侧重考查学生对基础知识的掌握和灵活运用、图象分析判断能力，明确出题人的目的是解本题关键，难点是图象的正确理解和分析，题目难度中等．