Question

9．以硫铁矿为原料生产硫酸所得的酸性废水中砷元素含量极高，为控制砷的排放，采用化学沉降法处理含砷废水，相关数据如表．
表1　几种砷酸盐的K_sp

难溶物	Ksp
Ca3（AsO4）2	6.8×10-19
AlAsO4	1.6×10-16
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
浓度	28.42g•L-1	1.6g/L
排放标准	pH=6～9	0.5mg/L

回答以下问题：
（1）该硫酸工厂排放的废水中硫酸的物质的量浓度c（H₂SO₄）=0.29mol/L．
（2）向Al³⁺、Fe³⁺的混合溶液中加入Na₃AsO₄溶液，当两种沉淀共存时，溶液中c（Al³⁺）和c（Fe³⁺）的比值为2.8×10⁴．
（3）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CaSO₄．
②Ca₃（AsO₄）₂在pH调节到8左右才开始沉淀的原因为H₃AsO₄是弱酸，当溶液中pH调节到8左右时，酸碱反应，使溶液中AsO₄^3-浓度增大，至Q_c＞K_sp，Ca₃（AsO₄）₂开始沉淀．

Answer 1

分析 （1）由表格数据可知，硫酸浓度为28.42g•L^-1，结合n=$\frac{m}{M}$计算；
（2）向Al³⁺、Fe³⁺的混合溶液中加入Na₃AsO₄溶液，当两种沉淀共存时，溶液中c（Al³⁺）和c（Fe³⁺）的比值为$\frac{Ksp（AlAs{O}_{4}）}{Ksp（FeAs{O}_{4}）}$；
（3）①先向废水中投入生石灰调节pH到2，钙离子与硫酸根离子结合生成沉淀；
②Ca₃（AsO₄）₂在pH调节到8左右才开始沉淀，Q_c＞K_sp，以此来解答．

解答 解：（1）由表格数据可知，硫酸浓度为28.42g•L^-1，则硫酸的物质的量浓度c（H₂SO₄）=$\frac{28.42g/L}{98g/mol}$=0.29mol/L，
故答案为：0.29；
（2）向Al³⁺、Fe³⁺的混合溶液中加入Na₃AsO₄溶液，当两种沉淀共存时，溶液中c（Al³⁺）和c（Fe³⁺）的比值为$\frac{Ksp（AlAs{O}_{4}）}{Ksp（FeAs{O}_{4}）}$=$\frac{1.6×1{0}^{-16}}{5.7×1{0}^{-21}}$=2.8×10⁴，
故答案为：2.8×10⁴；
（3）①先向废水中投入生石灰调节pH到2，钙离子与硫酸根离子结合生成沉淀，则沉淀主要成分的化学式为CaSO₄，故答案为：CaSO₄；　
②Ca₃（AsO₄）₂在pH调节到8左右才开始沉淀的原因为H₃AsO₄是弱酸，当溶液中pH调节到8左右时，酸碱反应，使溶液中AsO₄^3-浓度增大，至Q_c＞K_sp，Ca₃（AsO₄）₂开始沉淀，故答案为：H₃AsO₄是弱酸，当溶液中pH调节到8左右时，酸碱反应，使溶液中AsO₄^3-浓度增大，至Q_c＞K_sp，Ca₃（AsO₄）₂开始沉淀．

点评 本题考查混合物分离提纯综合应用，为高频考点，把握习题中表格数据、沉淀生成及转化及混合物分离方法为解答的关键，侧重分析与应用、实验能力的综合考查，题目难度不大．