题目内容

某硫酸工厂的酸性废水中砷（As）元素含量极高，为控制砷的排放，采用化学沉降法处理含砷废水，工艺流程如下：

相关数据如下表，请回答以下问题：
表1．几种盐的Ksp

难溶物
Ksp
Ca3(AsO4)2
6.8×10－19
CaSO4
9.1×10－6
FeAsO4
5.7×10－21
 
表2．工厂污染物排放浓度及允许排放标准
污染物
H2SO4
As
废水浓度
29.4g/L
1.6g·L－1
排放标准
pH 6～9
0.5mg·L－1
 
（1）该硫酸工厂排放的废水中硫酸的物质的量浓度c(H2SO4)=           mol·L－1。
（2）若酸性废水中Fe3+的浓度为1.0×10－4mol·L－1，c(AsO43－)=          mol·L－1。
（3）工厂排放出的酸性废水中的三价砷（H3AsO3弱酸）不易沉降，可投入MnO2先将其氧化成五价砷（H3AsO4弱酸），MnO2被还原为Mn2＋，反应的离子方程式为                                             。
（4）在处理含砷废水时采用分段式，先向废水中投入生石灰调节pH到2，再投入生石灰将pH调节到8左右使五价砷以Ca3(AsO4)2形式沉降。
①将pH调节到2时废水中有大量沉淀产生，沉淀主要成分的化学式为             ；
②Ca3(AsO4)2在pH调节到8左右才开始沉淀，原因为                               
                                                                           。
③砷酸（H3AsO4）分步电离的平衡常数(25℃)为：K1=5.6×10－3 K2=1.7×10－7 K3=4.0×10－12，第三步电离的平衡常数的表达式为K3=                           。Na3AsO4的第一步水解的离子方程式为：AsO43－+H2OHAsO42－+OH－，该步水解的平衡常数（25℃）为：                  （保留两位有效数字）。

解析试题分析：（1）读表2中信息，以1L废水为研究对象，其中含有29.4gH2SO4，由于硫酸的相对分子质量为98，m/M=n，则n(H2SO4)=29.4g÷98g/mol=0.3mol，由于c=n/V，则c(H2SO4)=0.3mol÷1L=0.3mol/L；（2）FeAsO4是难溶盐，废水中存在其沉淀溶解平衡：FeAsO4 (s)Fe3++AsO43－，则Ksp(FeAsO4)=c(Fe3+)?c(AsO43－)，所以c(AsO43－)= Ksp(FeAsO4)/c(Fe3+)=5.7×10－21/1.0×10－4 mol·L－1=5.7×10－17 mol·L－1；（3）H3AsO3失去2个电子被氧化为H3AsO4，MnO2得到2个电子被还原为Mn2＋，废水是酸性溶液，根据电子、电荷、原子守恒原理可得：2H＋+MnO2+H3AsO3==H3AsO4+Mn2＋+H2O；（4）①由于CaO+2H+==Ca2++H2O，读表1中信息可知，加入生石灰调解pH到2时，增大钙离子浓度，使CaSO4 (s)Ca2++SO42－的平衡向左移动，析出CaSO4沉淀[加入生石灰调解pH到2时，增大钙离子浓度，使Qc=c(Ca2＋)·c(SO42－)≥Ksp[CaSO4)，开始析出CaSO4沉淀]；②H3AsO4是弱酸，当溶液中pH调节到8左右，c(AsO43－)增大，Ca3(AsO4)2 (s) 3Ca2++2AsO43－的平衡向左移动，开始析出Ca3(AsO4)2沉淀[或pH增大，促进H3AsO4电离，c(AsO43－)增大，Qc=c3(Ca2＋)·c2(AsO43－)≥Ksp[Ca3(AsO4)2，Ca3(AsO4)2才沉淀]；③多元弱酸分步电离，则H3AsO4H++H2AsO4－、H2AsO4－H++HAsO42－、HAsO42－H++AsO43－，根据平衡常数定义式可得，第三步电离平衡常数K3="[" c(H+)? c(AsO43－)]/ c(HAsO42－)；水的离子积常数Kw= c(H+)? c(OH－)，AsO43－+H2OHAsO42－+OH－的平衡常数的计算表达式为[c(HAsO42－)?c(OH－)]/ c(AsO43－)，分子、分母同时乘以c(H+)，则水解平衡常数=[c(HAsO42－)?c(OH－)? c(H+)]/[ c(H+)?c(AsO43－)]= Kw/K3=（1.0×10－14）÷（4.0×10－12）=2.5×10－3。
考点：考查含砷等废水处理工艺流程，涉及质量、摩尔质量、物质的量、溶液体积、物质的量浓度、溶度积计算、关键步骤的离子方程式、调解pH分步沉淀的原理、沉淀的成分、解释原因、电离平衡常数、水的离子积、盐类水解平衡常数的计算等。

练习册系列答案
相关题目

亚磷酸（H3PO3）是二元酸，H3PO3溶液存在电离平衡：H3PO3 H+ + H2PO3－。亚磷酸与足量NaOH溶液反应，生成Na2HPO3。
（1）①写出亚磷酸与少量NaOH溶液反应的离子方程式____________________________。
②某温度下，0.1000 mol·L－1的H3PO3溶液pH的读数为1.6，即此时溶液中c (H+) ＝ 2.5×10－2 mol·L－1，除OH－之外其他离子的浓度由小到大的顺序是                 ，该温度下H3PO3电离平衡的平衡常数K=                 。（H3PO3第二步电离忽略不计，结果保留两位有效数字）
③向H3PO3溶液中滴加NaOH溶液至中性，所得溶液中
c(Na+)_______ c(H2PO3－)+ 2c(HPO32－)（填“＞”、 “＜” 或“=”）。
（2）亚磷酸具有强还原性，可使碘水褪色，该反应的化学方程式_______________________。
（3）电解Na2HPO3溶液也可得到亚磷酸，装置示意图如下：

说明：阳膜只允许阳离子通过，阴膜只允许阴离子通过。
①阴极的电极反应式为________________________。
②产品室中反应的离子方程式为________________。

常温下，如果取0．1 mol/L HA溶液与0．1 mol/L NaOH溶液等体积混合（忽略混合后
溶液体积的变化），测得混合溶液的pH=8,试回答以下问题：
(1)混合溶液的pH=8的原因：                    （用离子方程式表示）。
(2)混合溶液中由水电离出的c(H+)         （填“>”“<”或“=”）0．1 mol/L NaOH
溶液中由水电离出的c(H+)。
(3)求出混合液中下列算式的精确计算结果（填具体数字）：
c(Na+）－c(A-）＝              mol/L,
c(OH-）－c(HA) ＝             mol/L。
(4)已知NH4A溶液为中性，又知HA溶液加到Na2CO3溶液中有气体放出，试推断（NH4)2CO3
溶液的pH         （填“大于”“小于”或“等于”)7；将同温度下等浓度的四
种盐溶液：
A．NH4HCO3          B．NH4A         C．(NH4)2SO4         D．NH4Cl
按pH由大到小的顺序排列是              （填序号）。

某工业废水中含有CN-和Cr2O等离子，需经污水处理达标后才能排放，污水处理厂拟用下列流程进行处理：

回答下列问题：
（1）步骤②中，CN-被ClO-氧化为CNO-的离子方程式为________________。
（2）步骤③的反应为S2O32－＋Cr2O72－＋H＋SO42－＋Cr3＋＋H2O（未配平），则每消耗0.4mol Cr2O72－转移__________mol e-。
（3）含Cr3+废水可以加入熟石灰进一步处理，目的是____________________。
（4）在25℃下，将amol/L的NaCN溶液与0.01mol/L的盐酸等体积混合，反应后测得溶液pH＝7，则a________0.01（填“＞”、“＜”或“=”）；用含a的代数式表示HCN的电离常数Ka＝_________________。
（5）取工业废水水样于试管中，加入NaOH溶液观察到有蓝色沉淀生成，继续加至不再产生蓝色沉淀为止，再向溶液中加入足量Na2S溶液，蓝色沉淀转化成黑色沉淀。该过程中反应的离子方程是________。

在80℃时，将0．8mol的A气体充入4L已抽空的固定容积的密闭容器中发生反应：A(g)mB(g)隔一段时间对该容器内的物质进行分析，得到如下数据：

时间（s）
c（mol/L）
0
20
40
60
80
100
c（A）
0．20
0．14
b
0.09
0.09
0.09
c（B）
0．00
0．12
0.20
c
d
e
（1）m=   ，表中b   c（填“<”、“=”或“>”）。
（2）100秒后若将容器的体积缩小至原来一半，平衡时A的浓度____________0.09 mol/L（填“<”、“=”或“>”）。
（3）在80℃时该反应的平衡常数K值为       （保留1位小数）。
（4）在其他条件相同时，该反应的K值越大，表明建立平衡时            。
①A的转化率越高        ②A与B的浓度之比越大
③B的产量越大          ④正反应进行的程度越大

（12分）D、A、B、C为四种原子序数依次增大的短周期元素，A、B、C同周期，A的原子半径是同周期中最大的；B、D同主族。已知D元素的一种单质是日常生活中饮水机常用的消毒剂，C元素的单质可以从A、B两元素组成的化合物的水溶液中置换出B元素的单质。
（1）C元素在周期表中的位置     周期        族。
（2）A、B元素形成的常见化合物水溶液显        性，原因是（用离子方程式表示）                用石墨做电极电解该化合物的水溶液，则阴极反应式为                       ，
（3）A、D元素可以形成化合物A2D2，写出A2D2与CO2反应的化学方程式                  （用元素符号表示）。该反应中还原剂是        。
（4）B元素的单质在不同的条件下可以与O2发生一系列反应：① B(s)+O2(g)=BO2(g)；△H=－296.8kJ/mol②2BO2(g)+O2(g) 2BO3(g)；△H=－196.6kJ/mol
则1 mol BO3(g)若完全分解成B（s），反应过程中的热效应为             。

（15分）目前，全世界的镍消费量仅次于铜、铝、铅、锌，居有色金属第五位。镍行业发展蕴藏着巨大的潜力。镍化合物中的三氧化二镍是一种重要的电子元件材料和二次电池材料。工业上可利用含镍合金废料（除镍外，还含有Fe、Cu、Ca、Mg、C等杂质）制取草酸镍，然后高温煅烧草酸镍来制取三氧化二镍。
已知：①草酸的钙、镁、镍盐均难溶于水，且溶解度：NiC2O4> NiC2O4·H2O> NiC2O4·2H2O
②常温下，Ksp[(Fe(OH))3]=4.0×10-38,lg5=0.7
根据下列工艺流程图回答问题：

（1）加6%的H2O2时，温度不能太高，其目的是              。若H2O2在一开始酸溶时便与盐酸一起加入，会造成酸溶过滤后的滤液中增加一种金属离子，用离子方程式表示这一情况                             。
（2）流程中有一步是调pH，使Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀，常温下当溶液中c (Fe3+)=0.5×10-5mol/L时，溶液的pH=          。
（3）流程中加入NH4F的目的是           。
（4）将最后所得的草酸镍晶体在空气中强热到400℃，可生成三氧化二镍和无毒气体，写出该反应的化学方程式                         。
（5）工业上还可用电解法制取三氧化二镍，用NaOH溶液调节NiCl2溶液的pH至7.5，再加入适量Na2SO4进行电解，电解产生的Cl2其80%的可将二价镍氧化为三价镍。写出Cl2氧化Ni(OH)2生成三氧化二镍的离子方程式                  ；将amol二价镍全部转化为三价镍时，外电路中通过电子的物质的量是                     。
（6）近年来镍氢电池发展很快，它可由NiO(OH)跟LaNi5H6(LaNi5H6中各元素化合价均可看作是零)组成：6NiO(OH)+LaNi5H6 LaNi5+6Ni(OH)2。该电池放电时，负极反应是                   。

在20mL 0．0025mol·L-1 AgNO3溶液中，加入5mL 0．01mol·L-1 KCl溶液，通过计算判断是否有AgCl沉淀生成。已知Ksp（AgCl）=1．8×10-10 (混合后溶液的总体积为两者体积之和)。

用0.1320 mol/L的HCl溶液滴定未知浓度的NaOH溶液，实验数据如下表所示，

实验编号
待测NaOH溶液的体积/mL
HCl溶液的体积/mL
1
25.00
24.41
2
25.00
24.39
3
25.00
22.60
回答下列问题：
（1）图中甲为           滴定管，乙为             滴定管（填“酸式”或“碱式 ”）；

（2）取待测液NaOH溶液25.00 mL 于锥形瓶中，使用           做指示剂，滴定终点的判断依据是                                             ；
（3）若滴定前，滴定管尖端有气泡，滴定后气泡消失，将使所测结果           （填“偏高”、“偏低”或“不变”，下同），若读酸式滴定管读数时，滴定前仰视读数，滴定后正确读数，则所测结果          ；
（4）该NaOH溶液的物质的量浓度为             mol/L (保留小数点后四位有效数字)。

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