Question

【題目】(14分)砷(As)是一些工廠和礦山廢水中的污染元素,使用吸附劑是去除水中砷的有效措 施之一。

(1)將硫酸錳、硝酸釔與氫氧化鈉溶液按一定比例混合,攪拌使其充分反應,可獲得一種砷的高效吸附劑X,吸附劑X中含有 ,其原因是___________________________________。

（2）H3AsO3和H3AsO4水溶液中含砷的各物種的分布分數(平衡時某物種的濃度占各物種 濃度之和的分數)與pH的關系分別如題20圖- 1和題20圖- 2所示。

①以酚酞為指示劑(變色范圍pH 8.0 ~ 10.0),將NaOH溶液逐滴加入到H3AsO3溶液中,當溶液由無色變為淺紅色時停止滴加。該過程中主要反應的離子方程式為_____________________。

②H3AsO4第一步電離方程式H3AsO4H2AsO4-+H+的電離常數為Ka1,則pKa1=_________(p Ka1 = -lg Ka1 )。

（3）溶液的pH對吸附劑X表面所帶電荷有影響。pH =7. 1時, 吸附劑X表面不帶電荷; pH > 7.1時帶負電荷,pH越高,表面所帶負電荷越多;pH<7.1時帶正電荷,pH越低,表面所帶正電荷越多。pH不同時吸附劑X對三價砷和五價砷的平衡吸附量(吸附達平衡時單位質量吸附劑X吸附砷的質量)如題20圖-3所示。學科&網

①在pH7~9之間,吸附劑X對五價砷的平衡吸附量隨pH升高而迅速下降,其原因是____________________。

②在pH4~7之間,吸附劑X對水中三價砷的去除能力遠比五價砷的弱,這是因為___________。 提高吸附劑X對三價砷去除效果可采取的措施是____________________________________。

Answer 1

【答案】

(1)堿性溶液吸收了空氣中的CO2

(2)①OH- + H3AsO3H2AsO3- + H2O ②2.2

(3)①在pH7~9之間,隨pH升高H2AsO4-轉變為HAsO42-,吸附劑X表面所帶負電荷增多,靜電斥力增加

②在pH4~7之間,吸附劑X表面帶正電,五價砷主要以H2AsO4-和HAsO42-陰離子存在,靜電引力較大;而三價砷主要以H3AsO3分子存在,與吸附劑X表面產生的靜電引力小

加入氧化劑,將三價砷轉化為五價砷

【解析】

(1)NaOH在空氣中易與CO2反應生成NaCO3，吸附劑X中含有，其原因是堿性溶液吸收了空氣中的CO2 ；（2）①從題20圖-1可知pH由小變大時， H3AsO3濃度減小，H2AsO3-濃度增大，當溶液由無色變為淺紅色時，主要反應的離子方程式為OH- + H3AsO3H2AsO3- + H2O ；②H3AsO4第一步電離方程式H3AsO4H2AsO4-+H+的電離常數為Ka1，Ka1= ，由題20圖-2讀出：，=，=10-2.2mol/L，Ka1==10-2.2mol/L，p Ka1 = -lg Ka1 =-lg10-2.2=2.2；（3）①在pH7~9之間，隨pH升高H2AsO4-轉變為HAsO42-，吸附劑X表面所帶負電荷增多，,靜電斥力增加，吸附劑X對五價砷的平衡吸附量隨pH升高而迅速下降。②在pH4~7之間,吸附劑X表面帶正電，五價砷主要以H2AsO4-和HAsO42-陰離子存在，靜電引力較大；而三價砷主要以H3AsO3分子存在，與吸附劑X表面產生的靜電引力小。提高吸附劑X對三價砷去除效果可采取的措施是：加入氧化劑，將三價砷轉化為五價砷。

【命題意圖】本題以化學反應原理中電解質的電離、中和反應過程中各粒子的分布圖，電解質溶液中粒子間的相互作用為載體，考查學生對電離平衡、電離平衡常數的計算，引導學生從更深層次去認識電解質溶液，（3）②經過分析提出問題：在pH4~7之間,吸附劑X對水中三價砷的去除能力遠比五價砷的弱,要學生去分析問題，找出原因；最后提出問題的解決方案，考查學生分析問題，解決問題的能力。與往年20題考查電解電極反應式書寫、氧化還原反應中電子的轉移計算、平衡中反應物轉化率提高措施及有關特定條件下方程式書寫等內容相比，更注重考查學生的知識的應用遷移能力，考察了應用所學知識進行必要的分析、類推、解決一些具體的化學問題的能力和創新思維。