Question

(12分)以硫鐵礦為原料生產硫酸所得的酸性廢水中砷元素含量極高，為控制砷的排放，采用化學沉降法處理含砷廢水，相關數(shù)據(jù)如下表。

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

表1．幾種砷酸鹽的K_sp       

污染物	H2SO4	As
濃度	28.42 g/L	1.6 g·L－1
排放標準	pH 6～9	0.5 mg·L－1

表2．工廠污染物排放濃度及允許排放標準
回答以下問題：
⑴該硫酸工廠排放的廢水中硫酸的物質的量濃度c(H₂SO₄)＝______________mol·L^－1。
⑵寫出難溶物Ca₃(AsO₄)₂的K_sp表達式：K_sp[Ca₃(AsO₄)₂]＝______________，若混合溶液
中Al^3＋、Fe^3＋的濃度均為1.0×10^－4mol·L^－1，c(AsO₄^3－)的最大是_______________mol·L^－1。
⑶工廠排放出的酸性廢水中的三價砷（H₃AsO₃弱酸）不易沉降，可投入MnO₂先將其氧化成五價砷（H₃AsO₄弱酸），寫出該反應的離子方程式________________________________。
⑷在處理含砷廢水時采用分段式，先向廢水中投入生石灰調節(jié)pH到2，再投入生石灰將pH
調節(jié)到8左右使五價砷以Ca₃(AsO₄)₂形式沉降。
①將pH調節(jié)到2時廢水中有大量沉淀產生，沉淀主要成分的化學式為______________；
②Ca₃(AsO₄)₂在pH調節(jié)到8左右才開始沉淀的原因為_____________________________。

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，當溶液中pH調節(jié)到8左右時AsO₄^3－濃度增大，Ca₃(AsO₄)₂開始沉淀
（每空2分，共12分）

（1）圖表中硫酸濃度為28.42g/L，換算物質的量濃度==0.29mol/L
（2）難溶物Ca₃（AsO₄）₂的沉淀溶解平衡為：Ca₃（AsO₄）₂（s）?3Ca²⁺+2AsO₄^3-；溶度積Ksp=c³（Ca²⁺）?c² （AsO₄^3-）；若混合溶液中Al³⁺、Fe³⁺的濃度均為1.0×10^-4mol?L^-1，依據(jù)Ksp大小可以得到，Ksp（FeAsO₄ ）小，反應過程中Fe³⁺先析出沉淀；依據(jù)Ksp（FeAsO₄ ）=c（Fe³⁺）c（AsO₄^3-）=5.7×10^-21；Fe³⁺的濃度均為1.0×10^-4mol?L^-1，計算得到 c（AsO₄^3-）=5.7×10^-17mol/L；
答案為：c³（Ca²⁺）?c² （AsO₄^3-）；5.7×10^-17；
⑶離子方程式2H^＋＋MnO₂＋H₃AsO₃＝H₃AsO₄＋Mn^2＋＋H₂O
⑷①CaO＋H₂SO₄=CaSO₄＋H₂O,CaSO₄是微溶，飽和而析出，答案：CaSO₄ 
②H₃AsO₄是弱酸，酸性條件下以主要以分子形式存在，隨pH增大，AsO₄^3－濃度增大，當溶液中pH調節(jié)到8左右時AsO₄^3－濃度增大到Ca₃(AsO₄)₂的濃度熵大于Ca₃(AsO₄)₂的   K_sp Ca₃(AsO₄)₂開始沉淀；
答案：H₃AsO₄是弱酸，當溶液中pH調節(jié)到8左右時AsO₄^3－濃度增大，Ca₃(AsO₄)₂開始沉淀。