Question

4．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）若混合溶液中Al³⁺、Fe³⁺的浓度均为1.0×10^-4mol•L^-1，c（AsO₄^3-）最大是5.7×10^-17mol•L^-1．
（2）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2H⁺+MnO₂+H₃AsO₃=H₃AsO₄+Mn²⁺+H₂O．
（3）在处理含砷废水时采用分段式，先向废水中投入适量生石灰调节pH到2，再投入适量生石灰将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CaSO₄；
②在pH调节到8左右才开始出现大量Ca₃（AsO₄）₂沉淀的原因为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．

Answer 1

分析 （1）若混合溶液中Al³⁺、Fe³⁺的浓度均为1.0×10^-4mol•L^-1，由表格中Ksp可知Ksp（FeAsO₄ ）最小，以此计算；
（2）入MnO₂先将其氧化成五价砷（H₃AsO₄弱酸）同时生成Mn²⁺和H₂O；
（3）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，当溶液中pH调节到8左右时AsO₄^3-浓度增大．

解答 解：（1）若混合溶液中Al³⁺、Fe³⁺的浓度均为1.0×10^-4mol•L^-1，由表格中Ksp可知Ksp（FeAsO₄ ）最小，反应过程中Fe³⁺先析出沉淀，Ksp（FeAsO₄ ）=c（Fe³⁺）c（AsO₄^3-）=5.7×10^-21，Fe³⁺的浓度均为1.0×10^-4mol•L^-1，则 c（AsO₄^3-）=$\frac{5.7×1{0}^{-21}}{1×1{0}^{-4}}$=5.7×10^-17mol/L，
故答案为：5.7×10^-17；
（2）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）同时生成Mn²⁺和H₂O，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；
（3）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 本题考查难溶电解质的溶解平衡，为高频考点，把握Ksp的应用及计算、习题中的信息为解答的关键，侧重分析与计算能力的考查，注意多元弱酸的电离，题目难度不大．