Question

10．砷为VA族元素，金属冶炼过程产生的含砷有毒废弃物需处理与检测．
I．冶炼废水中砷元素主要以亚砷酸（H₃AsO₃）形式存在，可用化学沉降法处理酸性高浓度含砷废水，其工艺流程如下：

已知：①As₂S₃与过量的S^2-存在以下反应：As₂S₃（s）+3S^2-（aq）?2AsS₃^3-（aq）；
②亚砷酸盐的溶解性大于相应砷酸盐．
（1）亚砷酸中砷元素的化合价为+3；砷酸的第一步电离方程式为H₃AsO₄?H⁺+H₂AsO₄^-．
（2）“一级沉砷”中FeSO₄的作用是，“二级沉砷”中H₂O₂与含砷物质反应的化学方程式为H₂AsO₃+H₂O₂=H₃AsO₄+H₂O．
（3）沉淀X为CaSO₄（填化学式）．
Ⅱ．冶炼废渣中的砷元素主要以As₂S₃的形式存在，可用古氏试砷法半定量检测（As的最低检出限为3.0×10^-6g）．
步骤1：取10g废渣样品，粉碎后与锌粉混合，加入H₂SO₄共热，生成AsH₃气体．
步骤2：将AsH₃气体通入AgNO₃溶液中，生成银镜和As₂O₃．
步骤3：取1g废渣样品，重复上述实验，未见银镜生成．
（4）AsH₃的电子式为．
（5）配平步骤2的离子方程式：
12Ag⁺+2AsH₃+3H₂O═12Ag↓+1As₂O₃+12H⁺
（6）固体废弃物的排放标准中，砷元素不得高于4.0×10^-5g/kg，请通过计算说明该排放的废渣中砷元素的含量不符合（填“符合”、“不符合”）排放标准，原因是因为该废渣砷含量为（3.0×10 ^-6g÷10g）×1000g/kg=3.0×10^-4g/kg，大于排入标准4.0×10^-5g•kg^-1．

Answer 1

分析 Ⅰ．废水中砷元素主要以亚砷酸（H₃AsO₃）形式存在，加入硫化钠、硫酸亚铁除去过量的硫离子，过滤得到As₂S₃和FeS，滤液中加入过氧化氢和氧化钙，H₂ O₂与含砷物质发生氧化还原反应，氧化亚砷酸为砷酸，过滤得到砷酸铁、砷酸钙、氢氧化铁、沉淀硫酸钙等，
（1）根据化合物中化合价代数和为0计算；砷酸为弱酸，分步电离；
（2）As₂ S₃与过量的S^2一反应，As₂S₃（s）+3S^2-（aq）?2AsS₃^3-（aq），根据化学平衡移动分析FeSO₄的作用是沉淀过量的S^2-沉砷效果；由流程可知：“二级沉砷”中H₂O₂与H₃AsO₃反应生成H₃AsO₄；
（3）流程分析可知钙离子结合硫酸根离子形成硫酸钙沉淀；
Ⅱ．（4）AsH₃和氨气分子结构相同为共价化合物，砷原子和三个氢原子形成三个As-H键；
（5）步骤2中，H₃As气体通人AgNO₃溶液中，生成银镜和As₂O₃，结合电荷守恒和质量守恒书写；
（6）As的最低检出限为3.0x 10 ^-6g，取1g废渣样品，重复上述实验，未见银镜生成，取10g废渣样品最后生成银镜和As₂ O₃．则10g废渣含砷量最少为3.0x 10 ^-6g，据此分析．

解答 解：Ⅰ．（1）亚砷酸（H₃AsO₃）中氢元素+1价，氧元素-2价，化合物化合价代数和为0，则砷元素的化合价为+3价，第ⅤA族非金属元素形成最高价含氧酸中磷、砷形成的含氧酸都是弱酸，水溶液中分步电离，电离方程式为：H₃AsO₄?H⁺+H₂AsO₄^-，
故答案为：+3；H₃AsO₄?H⁺+H₂AsO₄^-；
（2）“一级沉砷”中FeSO₄的作用是除去过量的硫离子，As₂S₃+3S^2-?2AsS₃^2-使平衡逆向进行，提高沉砷效果，“二级沉砷”中H₂ O₂与含砷物质发生氧化还原反应，氧化亚砷酸为砷酸；，反应的化学方程式为：H₂AsO₃+H₂O₂=H₃AsO₄+H₂O，
故答案为：沉淀过量的S^2-，使As₂S₃（s）+3S^2-（aq）?2AsS₃^3-（aq）平衡左移，提高沉砷效果；H₃AsO₃+H₂O₂=H₃AsO₄+H₂O；
（3）流程分析可知，加入氧化钙和水反应生成氢氧化钙，氢氧化钙和砷酸反应生成砷酸钙沉淀、和铁离子反应生成氢氧化铁沉淀，钙离子结合硫酸根离子形成硫酸钙沉淀，所以沉淀X为CaSO₄；
故答案为：CaSO₄；
Ⅱ．（4）AsH₃和氨气分子结构相同为共价化合物，砷原子和三个氢原子形成三个As-H键，电子式为：；
故答案为：；
（5）将AsH₃气体通人AgNO₃溶液中，生成银镜和As₂O₃，离子方程式为：12Ag⁺+2H₃As+3H₂O═12Ag↓+As₂O₃+12H⁺；
故答案为：12，2，3；12，1，12；
（6）As的最低检出限为3.0x 10 ^-6g，取1g废渣样品，重复上述实验，未见银镜生成，取10g废渣样品最后生成银镜和As₂ O₃．则10g废渣含砷量最少为3.0x 10 ^-6g，则该废渣砷含量为（3.0×10 ^-6g÷10g）×1000g/kg=3.0×10^-4g/kg，大于排入标准4.0×10^-5g•kg^-1，不符合排放标准；
故答案为：不符合；因为该废渣砷含量为（3.0×10 ^-6g÷10g）×1000g/kg=3.0×10^-4g/kg，大于排入标准4.0×10^-5g•kg^-1．

点评 本题考查了物质制备方案设计，主要考查了化学方程式的书写、氧化还原反应、环境保护等，注意把握物质性质以及对题目信息的获取于使用，难度中等，侧重于考查学生的分析问题和解决问题的能量．