Question

11．工廠中用稀硫酸浸泡某礦石后的溶液中，除了含有大量硫酸外，還含有少量NH₄⁺、Fe³⁺、AsO₄^3-、Cl^-．為除去雜質(zhì)離子，部分操作流程如下：

請回答下列問題：
（1）用稀硫酸浸泡某礦石后的溶液中，硫酸的濃度為4.9g•L^-1，則該溶液中的pH約為1．
（2）NH₄⁺在用稀硫酸浸泡某礦石后的溶液中以（NH₄）₂SO₄和NH₄Cl形式存在．現(xiàn)有一份（NH₄）₂SO₄溶液，一份NH₄Cl溶液，（NH₄）₂SO₄溶液中c（NH₄⁺）恰好是NH₄Cl溶液中c（NH₄⁺）的2倍，則c[（NH₄）₂SO₄]＜c（NH₄Cl）（填“＜”“=”或“＞”）．
（3）隨著向廢液中投入生石灰（忽略溶液溫度的變化），溶液中$\frac{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}{c（O{H}^{-}）}$減�。ㄌ睢霸龃蟆薄皽p小”或“不變”）．
（4）投入生石灰調(diào)節(jié)pH 2～3時，大量沉淀主要成分為CaSO₄•2H₂O[含有少量Fe（OH）₃]，提純CaSO₄•2H₂O的主要操作步驟：向沉淀中加入過量稀硫酸，充分反應后，過濾、洗滌、晾干或干燥．
（5）25℃，H₃AsO₄電離常數(shù)為K₁=5.6×10^-3，K₂=1.7×10^-7，K₃=4.0×10^-12．當調(diào)節(jié)pH 8～9時，沉淀主要成分為Ca₃（AsO₄）₂．
①pH調(diào)節(jié)到8左右Ca₃（AsO₄）₂才開始沉淀的原因是H₃AsO₄是弱酸，當溶液中pH調(diào)節(jié)到8左右，c（AsO₄^3-）增大，Ca₃（AsO₄）₂開始沉淀．
②Na₃AsO₄第一步水解的平衡常數(shù)數(shù)值為2.5×10^-3．

Answer 1

分析 硫酸廢液中含有大量硫酸外，還含有少量NH₄⁺、Fe³⁺、AsO₄^3-、Cl^-，加入生石灰，調(diào)節(jié)pH在2～3，大量沉淀主要成分為CaSO₄•2H₂O[含有少量Fe（OH）₃]，濾液加入生石灰調(diào)節(jié)pH8～9，生成Ca₃（AsO₄）₂沉淀，濾液主要含有（NH₄）₂SO₄和NH₄Cl．
（1）硫酸的濃度為4.9g•L^-1，結(jié)合n=$\frac{m}{M}$計算物質(zhì)的量濃度，再根據(jù)pH=-lgc（H⁺）計算；
（2）c（NH₄⁺）越大，NH₄⁺水解程度越��；
（3）隨著向廢液中投入生石灰，c（OH^-）增大，c（NH₃•H₂O）減小；
（4）提純CaSO₄•2H₂O，可加入稀硫酸溶解Fe（OH）₃，并洗滌、干燥；
（5）①H₃AsO₄是弱酸，電離出來的AsO₄^3-較少，所以酸性條件下不易形成Ca₃（AsO₄）₂沉淀；
②Na₃AsO₄的第一步水解的離子方程式為：AsO₄^3-+H₂O?HAsO₄^2-+OH^-，該步水解的平衡常數(shù)Kh=$\frac{c（HAs{{O}_{4}}^{2-}）•c（O{H}^{-}）}{c（As{{O}_{4}}^{3-}）}$=$\frac{c（HAs{{O}_{4}}^{2-}）•c（O{H}^{-}）•c（{H}^{+}）}{c（As{{O}_{4}}^{3-}）•c（{H}^{+}）}$=$\frac{Kw}{{K}_{3}}$=．

解答 解：硫酸廢液中含有大量硫酸外，還含有少量NH₄⁺、Fe³⁺、AsO₄^3-、Cl^-，加入生石灰，調(diào)節(jié)pH在2～3，大量沉淀主要成分為CaSO₄•2H₂O[含有少量Fe（OH）₃]，濾液加入生石灰調(diào)節(jié)pH8～9，生成Ca₃（AsO₄）₂沉淀，濾液主要含有（NH₄）₂SO₄和NH₄Cl．
（1）硫酸的濃度為4.9g•L^-1，c（H₂SO₄）=$\frac{\frac{4.9g}{98g/mol}}{1L}$=0.05mol/L，c（H⁺）=0.1mol/L，所以pH=-lg0.1=1，
故答案為：1；
（2）如c[（NH₄）₂SO₄]=c（NH₄Cl），則（NH₄）₂SO₄溶液中c（NH₄⁺）大于NH₄Cl溶液中的2倍，因c（NH₄⁺）越大，NH₄⁺水解程度越小，若（NH₄）₂SO₄溶液中c（NH₄⁺）等于H₄Cl溶液中c（NH₄⁺）的2倍，則c（NH₄Cl）應較大，
故答案為：＜；
（3）隨著向廢液中投入生石灰，c（OH^-）增大，c（NH₃•H₂O）減小，則溶液中$\frac{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}{c（O{H}^{-}）}$ 減小，
故答案為：減小；
（4）提純CaSO₄•2H₂O，可加入稀硫酸溶解Fe（OH）₃，且防止CaSO₄•2H₂O的溶解，過濾后洗滌、干燥，
故答案為：稀硫酸；晾干或干燥；
（5）①H₃AsO₄是弱酸電離出來的AsO₄^3-較少，所以酸性條件下不易形成Ca₃（AsO₄）₂沉淀，當溶液中pH調(diào)節(jié)到8左右時AsO₄^3-濃度增大，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，c（AsO₄^3-）增大，Ca₃（AsO₄）₂開始沉淀；
②Na₃AsO₄的第一步水解的離子方程式為：AsO₄^3-+H₂O?HAsO₄^2-+OH^-，該步水解的平衡常數(shù)Kh=$\frac{c（HAs{{O}_{4}}^{2-}）•c（O{H}^{-}）}{c（As{{O}_{4}}^{3-}）}$=$\frac{c（HAs{{O}_{4}}^{2-}）•c（O{H}^{-}）•c（{H}^{+}）}{c（As{{O}_{4}}^{3-}）•c（{H}^{+}）}$=$\frac{Kw}{{K}_{3}}$=$\frac{1{0}^{-14}}{4.0×1{0}^{-12}}$=2.5×10^-3，
故答案為：2.5×10^-3．

點評 本題以化學工藝流程為載體，考查溶液pH計算、鹽類水解影響因素、水解平衡常數(shù)計算、物質(zhì)的分離提純、對條件的控制與分析等，側(cè)重于學生的分析、實驗和計算能力的考查，液面考查的知識點較多，題目難度中等．