Question

【题目】砷（As）是第四周期ⅤA族元素，可以形成As2S3、As2O5、H3AsO3、H3AsO4等化合物，有着广泛的用途。回答下列问题：

（1）画出砷的原子结构示意图____________；

（2）工业上常将含砷废渣（主要成分为As2S3）制成浆状，通入O2氧化，生成H3AsO4和单质硫。写出发生反应的化学方程式________；

（3）已知：As(s)+ H2(g)+2O2(g)=H3AsO4(s) ΔH1

H2(g)+ O2(g)=H2O(l) ΔH2

2As(s)+ O2(g) =As2O5(s) ΔH3

则反应As2O5(s) +3H2O(l)= 2H3AsO4(s)的ΔH =_________；

（4）298 K时，将20 mL 3x mol·L1 Na3AsO3、20 mL 3x mol·L1 I2和20 mL NaOH溶液混合，发生反应： (aq)+I2(aq)+2OH(aq) (aq)+2I(aq)+ H2O(l)。溶液中c()与反应时间（t）的关系如图所示。

①下列不可判断反应达到平衡的是__________（填标号）；

a．溶液的pH不再变化 b．v(I)=2v()

c．c()/c()不再变化 d．c(I)=y mol·L1

②tm时，v逆_____ v正（填“大于”“小于”或“等于”）；

③tn时v逆_____ tm时v逆（填“大于”“小于”或“等于”）；

④若平衡时溶液的pH=14，则该反应的平衡常数K为___________；

（5）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的关系分别如题图-1和题图-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____________；

②H3AsO4第一步电离方程式H3AsO4H2AsO4-+H+的电离常数为Ka1,则pKa1=_________(p Ka1 = -lg Ka1)；

（6）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)如题图-3所示：

试问，提高吸附剂X对三价砷去除效果可采取的措施是______________________。

Answer 1

【答案】 2As2S3+5O2+6H2O=4H3AsO4+6S 2△H1-3△H2-△H3 bd 小于 大于 OH- + H3AsO3H2AsO3- + H2O 2.2 加入氧化剂,将三价砷转化为五价砷

【解析】 (1).砷为33号元素，原子结构示意图为；（2）原已知可知得到As2S3+O2→H3AsO4+S，As2S3化合价总共升高10价，利用得失电子守恒配平得：2As2S3+5O2→4H3AsO4+6S，再考虑质量守恒，反应前少了6O、12H，故方程式为2As2S3+5O2+6H2O=4H3AsO4+6S；(3)待求解反应可以由反应①×1-反应②×3-反应③，故ΔH = 2△H1-3△H2-△H3；(4)①溶液pH不变时，则c(OH—)也保持不变，a能判断反应处于平衡状态；根据速率关系v (I—)=2v(AsO33—)，则等式始终成立，b不能判断反应处于平衡状态；由于提供的Na3AsO3总量一定，所以c(AsO43—)/c(AsO33—)不再变化，能判断反应处于平衡状态；c(I-)=y mol/L时，即c(AsO43)=c(I-)，事实两者浓度关系一定是2c(AsO43)=c(I-)，不能判断反应平衡状态；②反应从正反应开始进行，tm时反应继续向正反应方向进行，故v逆小于 v正；③tm时比tn时，AsO43—浓度更小，所以逆反应速率也更小，tn时v逆大于 tm时v逆；④反应前，三种溶液混合后，Na3AsO3浓度为，同理I2的浓度为xmol/L，反应达到平衡时，生成c(AsO43—)为ymol/L，则反应生成c(I—)为2ymol/L，消耗AsO33—、I2浓度均为ymol/L，平衡时c(AsO33—)为(x-y)mol/L、c(I2) 为(x-y)mol/L,pH=14,即c(OH—)=1mol/L，K=；（5）①从题图-1可知pH由小变大时，H3AsO3浓度减小， H2AsO3—浓度增大，当溶液由无色变为浅红色时，主要的离子反应为：OH- + H3AsO3H2AsO3- + H2O；②H3AsO4的第一步电离：H3AsO4H2AsO4-+H+的电离常数Ka1=，由题图-2读出，c(H3AsO4)= c(H2AsO4-)，c(H+)=10-2.2mol/L，pKa1= -lg Ka1=-lg10-2.2 =2.2；（6）在pH为7-9之间，随着pH升高H2AsO4-转变为HAsO42-，吸附剂X表面所带负电荷增多，静电斥力增大，吸附剂X对五价砷的平衡吸附量随pH升高而迅速下降，在pH为4-7之间，吸附剂X表面带正电，五价砷主要以H2AsO4-和HAsO42-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。