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，相關數據如下表。

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pH到2，再投入生石灰將pH調節到8左右使五價砷以Ca₃(AsO₄)₂形式沉降。
①pH調節到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調節到8左右才開始沉淀的原因為    _____。

Answer 1

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調節到8左右時AsO₄^3－濃度增大，Ca₃(AsO₄)₂開始沉淀

（1）根據28.42 g/L可知，硫酸的濃度是28.42÷98mol/L＝0.29mol/L。
（2）根據溶度積常數的表達式可知，K_sp[Ca₃(AsO₄)₂]＝c³ (Ca^2＋)·c² (AsO₄^3－)。若混合溶液中Al^3＋、Fe^3＋的濃度均為1.0×10^－4mol·L^－1，則根據溶度積常數可知，c(AsO₄^3－)分別是1.6×10^－12mol/L、5.7×10^－17mol/L。所以最大值不能超過5.7×10^－17mol/L。
（3）二氧化錳的還原產物是Mn^2＋，所以方程式為2H^＋＋MnO₂＋H₃AsO₃＝H₃AsO₄＋Mn^2＋＋H₂O。
（4）①由于廢水中含有硫酸，所以最先生成的沉淀是硫酸鈣沉淀。
②由于H₃AsO₄是弱酸，所以當溶液中pH調節到8左右時AsO₄^3－濃度增大，Ca₃(AsO₄)₂開始沉淀。