题目内容
【题目】砷(As)是第四周期ⅤA族元素,可以形成As2S3、As2O5、H3AsO3、H3AsO4等化合物,有着广泛的用途。回答下列问题:
(1)画出砷的原子结构示意图____________;
(2)工业上常将含砷废渣(主要成分为As2S3)制成浆状,通入O2氧化,生成H3AsO4和单质硫。写出发生反应的化学方程式________;
(3)已知:As(s)+ H2(g)+2O2(g)=H3AsO4(s) ΔH1
H2(g)+ O2(g)=H2O(l) ΔH2
2As(s)+ O2(g) =As2O5(s) ΔH3
则反应As2O5(s) +3H2O(l)= 2H3AsO4(s)的ΔH =_________;
(4)298 K时,将20 mL 3x mol·L1 Na3AsO3、20 mL 3x mol·L1 I2和20 mL NaOH溶液混合,发生反应: (aq)+I2(aq)+2OH(aq)
(aq)+2I(aq)+ H2O(l)。溶液中c(
)与反应时间(t)的关系如图所示。
①下列不可判断反应达到平衡的是__________(填标号);
a.溶液的pH不再变化 b.v(I)=2v()
c.c()/c(
)不再变化 d.c(I)=y mol·L1
②tm时,v逆_____ v正(填“大于”“小于”或“等于”);
③tn时v逆_____ tm时v逆(填“大于”“小于”或“等于”);
④若平衡时溶液的pH=14,则该反应的平衡常数K为___________;
(5)H3AsO3和H3AsO4水溶液中含砷的各物种的分布分数(平衡时某物种的浓度占各物种浓度之和的分数)与pH的关系分别如题图-1和题图-2所示:
①以酚酞为指示剂(变色范围pH 8.0 ~ 10.0),将NaOH溶液逐滴加入到H3AsO3溶液中,当溶液由无色变为浅红色时停止滴加。该过程中主要反应的离子方程式为____________;
②H3AsO4第一步电离方程式H3AsO4H2AsO4-+H+的电离常数为Ka1,则pKa1=_________(p Ka1 = -lg Ka1);
(6)溶液的pH对吸附剂X表面所带电荷有影响,pH =7.1时,吸附剂X表面不带电荷;pH > 7.1时带负电荷,pH越高,表面所带负电荷越多;pH<7.1时带正电荷,pH越低,表面所带正电荷越多。pH不同时吸附剂X对三价砷和五价砷的平衡吸附量(吸附达平衡时单位质量吸附剂X吸附砷的质量)如题图-3所示:
试问,提高吸附剂X对三价砷去除效果可采取的措施是______________________。
【答案】 2As2S3+5O2+6H2O=4H3AsO4+6S 2△H1-3△H2-△H3 bd 小于 大于
OH- + H3AsO3
H2AsO3- + H2O 2.2 加入氧化剂,将三价砷转化为五价砷
【解析】 (1).砷为33号元素,原子结构示意图为;(2)原已知可知得到As2S3+O2→H3AsO4+S,As2S3化合价总共升高10价,利用得失电子守恒配平得:2As2S3+5O2→4H3AsO4+6S,再考虑质量守恒,反应前少了6O、12H,故方程式为2As2S3+5O2+6H2O=4H3AsO4+6S;(3)待求解反应可以由反应①×1-反应②×3-反应③,故ΔH = 2△H1-3△H2-△H3;(4)①溶液pH不变时,则c(OH—)也保持不变,a能判断反应处于平衡状态;根据速率关系v (I—)=2v(AsO33—),则等式始终成立,b不能判断反应处于平衡状态;由于提供的Na3AsO3总量一定,所以c(AsO43—)/c(AsO33—)不再变化,能判断反应处于平衡状态;c(I-)=y mol/L时,即c(AsO43)=c(I-),事实两者浓度关系一定是2c(AsO43)=c(I-),不能判断反应平衡状态;②反应从正反应开始进行,tm时反应继续向正反应方向进行,故v逆小于 v正;③tm时比tn时,AsO43—浓度更小,所以逆反应速率也更小,tn时v逆大于 tm时v逆;④反应前,三种溶液混合后,Na3AsO3浓度为
,同理I2的浓度为xmol/L,反应达到平衡时,生成c(AsO43—)为ymol/L,则反应生成c(I—)为2ymol/L,消耗AsO33—、I2浓度均为ymol/L,平衡时c(AsO33—)为(x-y)mol/L、c(I2) 为(x-y)mol/L,pH=14,即c(OH—)=1mol/L,K=
;(5)①从题图-1可知pH由小变大时,H3AsO3浓度减小, H2AsO3—浓度增大,当溶液由无色变为浅红色时,主要的离子反应为:OH- + H3AsO3
H2AsO3- + H2O;②H3AsO4的第一步电离:H3AsO4
H2AsO4-+H+的电离常数Ka1=
,由题图-2读出,c(H3AsO4)= c(H2AsO4-),c(H+)=10-2.2mol/L,pKa1= -lg Ka1=-lg10-2.2
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