Question

9．以硫鐵礦為原料生產(chǎn)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(xué)沉降法處理含砷廢水，相關(guān)數(shù)據(jù)如表．
表1　幾種砷酸鹽的K_sp

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

表2　工廠污染物排放濃度及允許排放標準

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

回答以下問題：
（1）該硫酸工廠排放的廢水中硫酸的物質(zhì)的量濃度c（H₂SO₄）=0.29mol/L．
（2）向Al³⁺、Fe³⁺的混合溶液中加入Na₃AsO₄溶液，當兩種沉淀共存時，溶液中c（Al³⁺）和c（Fe³⁺）的比值為2.8×10⁴．
（3）在處理含砷廢水時采用分段式，先向廢水中投入生石灰調(diào)節(jié)pH到2，再投入生石灰將pH調(diào)節(jié)到8左右使五價砷以Ca₃（AsO₄）₂形式沉降．
①將pH調(diào)節(jié)到2時廢水中有大量沉淀產(chǎn)生，沉淀主要成分的化學(xué)式為CaSO₄．
②Ca₃（AsO₄）₂在pH調(diào)節(jié)到8左右才開始沉淀的原因為H₃AsO₄是弱酸，當溶液中pH調(diào)節(jié)到8左右時，酸堿反應(yīng)，使溶液中AsO₄^3-濃度增大，至Q_c＞K_sp，Ca₃（AsO₄）₂開始沉淀．

Answer 1

分析 （1）由表格數(shù)據(jù)可知，硫酸濃度為28.42g•L^-1，結(jié)合n=$\frac{m}{M}$計算；
（2）向Al³⁺、Fe³⁺的混合溶液中加入Na₃AsO₄溶液，當兩種沉淀共存時，溶液中c（Al³⁺）和c（Fe³⁺）的比值為$\frac{Ksp（AlAs{O}_{4}）}{Ksp（FeAs{O}_{4}）}$；
（3）①先向廢水中投入生石灰調(diào)節(jié)pH到2，鈣離子與硫酸根離子結(jié)合生成沉淀；
②Ca₃（AsO₄）₂在pH調(diào)節(jié)到8左右才開始沉淀，Q_c＞K_sp，以此來解答．

解答 解：（1）由表格數(shù)據(jù)可知，硫酸濃度為28.42g•L^-1，則硫酸的物質(zhì)的量濃度c（H₂SO₄）=$\frac{28.42g/L}{98g/mol}$=0.29mol/L，
故答案為：0.29；
（2）向Al³⁺、Fe³⁺的混合溶液中加入Na₃AsO₄溶液，當兩種沉淀共存時，溶液中c（Al³⁺）和c（Fe³⁺）的比值為$\frac{Ksp（AlAs{O}_{4}）}{Ksp（FeAs{O}_{4}）}$=$\frac{1.6×1{0}^{-16}}{5.7×1{0}^{-21}}$=2.8×10⁴，
故答案為：2.8×10⁴；
（3）①先向廢水中投入生石灰調(diào)節(jié)pH到2，鈣離子與硫酸根離子結(jié)合生成沉淀，則沉淀主要成分的化學(xué)式為CaSO₄，故答案為：CaSO₄；　
②Ca₃（AsO₄）₂在pH調(diào)節(jié)到8左右才開始沉淀的原因為H₃AsO₄是弱酸，當溶液中pH調(diào)節(jié)到8左右時，酸堿反應(yīng)，使溶液中AsO₄^3-濃度增大，至Q_c＞K_sp，Ca₃（AsO₄）₂開始沉淀，故答案為：H₃AsO₄是弱酸，當溶液中pH調(diào)節(jié)到8左右時，酸堿反應(yīng)，使溶液中AsO₄^3-濃度增大，至Q_c＞K_sp，Ca₃（AsO₄）₂開始沉淀．

點評 本題考查混合物分離提純綜合應(yīng)用，為高頻考點，把握習(xí)題中表格數(shù)據(jù)、沉淀生成及轉(zhuǎn)化及混合物分離方法為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與應(yīng)用、實驗?zāi)芰Φ木C合考查，題目難度不大．