Question

13．As₂O₃在医药、电子等领域有重要应用．某含砷元素（As）的工业废水经如图1流程转化为粗As₂O₃．

（1）“碱浸”的目的是将废水中的H₃AsO₃和H₃AsO₄转化为盐．H₃AsO₄转化为Na₃AsO₄反应的化学方程式是H₃AsO₄+3NaOH═Na₃AsO₄+3H₂O．
（2）“氧化”时，1mol AsO₃^3-转化为AsO₄^3-至少需要O₂0.5mol．
（3）“沉砷”是将砷元素转化为Ca₅（AsO₄）₃OH沉淀，发生的主要反应有：
a．Ca（OH）₂（s）?Ca²⁺（aq）+2OH^-（aq）△H＜0
b．5Ca²⁺+OH^-+3AsO₄^3-?Ca₅（AsO₄）₃OH△H＞0
研究表明：“沉砷”的最佳温度是85℃．
用化学平衡原理解释温度高于85℃后，随温度升高沉淀率下降的原因是温度升高，反应a平衡逆向移动，c（Ca²⁺）下降，反应b平衡逆向移动，Ca₅（AsO₄）₃OH沉淀率下降．
（4）“还原”过程中H₃AsO₄转化为H₃AsO₃，反应的化学方程式是H₃AsO₄+H₂O+SO₂═H₃AsO₃+H₂SO₄．
（5）“还原”后加热溶液，H₃AsO₃分解为As₂O₃，同时结晶得到粗As₂O₃．As₂O₃在不同温度和不同浓度硫酸中的溶解度（S）曲线如图2所示．为了提高粗As₂O₃的沉淀率，“结晶”过程进行的操作是调硫酸浓度约为7mol•L^-1，冷却至25℃，过滤．
（6）下列说法中，正确的是abc（填字母）．
a．粗As₂O₃中含有CaSO₄
b．工业生产中，滤液2可循环使用，提高砷的回收率
c．通过先“沉砷”后“酸化”的顺序，可以达到富集砷元素的目的．

Answer 1

分析 向工业废水（含有H₃AsO₄、H₃AsO₃）加入氢氧化钠碱浸：H₃AsO₄+3NaOH═Na₃AsO₄+3H₂O、H₃AsO₃+3NaOH═Na₃AsO₃+3H₂O，得到含有Na₃AsO₄、Na₃AsO₃的溶液，融入氧气氧化Na₃AsO₃为Na₃AsO₄，再加入石灰乳沉砷得到Ca₅（AsO₄）₃OH沉淀，用稀硫酸溶解沉淀，生成H₃AsO₄和硫酸钙，通入二氧化硫将H₃AsO₄还原为H₃AsO₃，反应为：H₃AsO₄+H₂O+SO₂═H₃AsO₃+H₂SO₄，“还原”后加热溶液，H₃AsO₃分解为As₂O₃，调硫酸浓度约为7 mol•L^-1，冷却至25℃，过滤，得粗As₂O₃，据此分析作答．

解答 解：（1）H₃AsO₄与氢氧化钠反应转化为Na₃AsO₄反应的化学方程式H₃AsO₄+3NaOH═Na₃AsO₄+3H₂O；
故答案为：H₃AsO₄+3NaOH═Na₃AsO₄+3H₂O；
（2）“氧化”时，AsO₃^3-转化为AsO₄^3-，As元素由+3价升高到+5价，转移2个电子，则1mol AsO₃^3-转化为AsO₄^3-转移电子2mol，氧气由0价降到-2价，需要0.5mol；
故答案为：0.5；
（3）“沉砷”是将砷元素转化为Ca₅（AsO₄）₃OH沉淀，发生的主要反应有：a．Ca（OH）₂（s）?Ca²⁺（aq）+2OH^-（aq）△H＜0，b．5Ca²⁺+OH^-+3AsO₄^3-?Ca₅（AsO₄）₃OH△H＞0，温度升高高于85℃后，反应a平衡逆向移动，c（Ca²⁺）下降，反应b平衡逆向移动，Ca₅（AsO₄）₃OH沉淀率下降；
故答案为：温度升高，反应a平衡逆向移动，c（Ca²⁺）下降，反应b平衡逆向移动，Ca₅（AsO₄）₃OH沉淀率下降；
（4）“还原”过程中二氧化硫将H₃AsO₄还原为H₃AsO₃，自身被氧化生成硫酸，反应为：H₃AsO₄+H₂O+SO₂═H₃AsO₃+H₂SO₄；
故答案为：H₃AsO₄+H₂O+SO₂═H₃AsO₃+H₂SO₄；
（5）由图2可知：硫酸浓度约为7 mol•L^-1，25℃时As₂O₃的沉淀率最大，易于分离，故为了提高粗As₂O₃的沉淀率，调硫酸浓度约为7 mol•L^-1，冷却至25℃，过滤；
故答案为：调硫酸浓度约为7 mol•L^-1，冷却至25℃，过滤；
（6）a．钙离子未充分除去，粗As₂O₃中含有CaSO₄，正确；
b．滤液2为硫酸，可循环使用，提高砷的回收率，正确；
c．通过先“沉砷”后“酸化”的顺序，可以达到富集砷元素的目的，正确；
故答案为：abc．

点评 本题考查了物质的制备，涉及对工艺流程的理解、氧化还原反应、对条件的控制选择与理解等，理解工艺流程原理是解题的关键，是对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础与灵活运用能力，题目难度中等．