Question

7．中药药剂砒霜（主要成分为As₂O₃，微溶于水），可用于治疗急性白血病．工业上用含硫化砷（As₂S₃）的废渣生产砒霜的工艺流程如图1所示：

（1）硫化砷中砷元素化合价为+3，其难溶于水，“碱浸”过程中硫元素价态不变，发生的主要反应的离子方程式为As₂S₃+6OH^-=AsO₃^3-+AsS₃^3-+3H₂O．
（2）氧化脱硫过程中被氧化的元素是As、S．
（3）还原过程中H₃AsO₄转化为H₃AsO₃，反应的化学方程式是SO₂+H₃AsO₄+H₂O=H₃AsO₃+H₂SO₄．
（4）“沉砷”是在一定温度下将砷元素转化为Ca₅（AsO₄）₃OH沉淀的过程，主要反应有：
a．Ca（OH）₂（_S）?Ca²⁺（aq）+2OH^-（aq）K_sp=10^-7
b．Ca₅（AsO₄）₃OH （s）?5Ca²⁺（aq）+OH^-（aq）+3AsO₄^3-（aq）        K_sp=10^-40
加入石灰乳调溶液中c（OH^-）=0.01mol•L^-1，此时溶液中c（AsO₄^3-）=2.15×10^-8mol•L^-1．
（已知：$\root{3}{10}$=2.15）
（5）还原后加热溶液，H₃AsO₃分解为As₂O₃，结晶得到粗As₂O₃．As₂O₃在不同温度和不同浓度硫酸中的溶解度度（S）曲线如图2所示．
为了提高粗的沉淀率，“结晶”过程进行的操作是蒸发浓缩，冷却结晶，过滤，洗涤，在此过程中应控制的条件为调硫酸浓度约为7mol•L^-1，冷却至温度为25℃．
（6）在工业生产中，最后一步所得滤液可循环使用，其目的是提高砷的回收率．

Answer 1

分析 硫化砷（As₂S₃）为原料制取As₂O₃，工艺流程：硫化砷（As₂S₃）加入氢氧化钠溶液碱浸，与氢氧化钠反应生成Na₃AsS₃、Na₃AsO₃溶液，通入氧气氧化Na₃AsS₃、Na₃AsO₃溶液为Na₃AsO₄溶液和S单质，向溶液中加入石灰乳，得到为Ca₅（AsO₄）₃OH沉淀，将为Ca₅（AsO₄）₃OH用硫酸酸化得到H₃AsO₄，通入二氧化硫与H₃AsO₄溶液混合：SO₂+H₃AsO₄+H₂O=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，冷却至温度为25℃，经过过滤、洗涤、干燥制得产品粗As₂O₃，据此分析解答．

解答 解：（1）硫化砷（As₂S₃）中硫元素-2价，则砷元素+3价；“碱浸”过程中硫元素价态不变，由流程可知生成Na₃AsS₃、Na₃AsO₃溶液，离子方程式为：As₂S₃+6OH^-=AsO₃^3-+AsS₃^3-+3H₂O；
故答案为：+3；As₂S₃+6OH^-=AsO₃^3-+AsS₃^3-+3H₂O；
（2）根据流程可知氧化脱硫过程中，Na₃AsS₃、Na₃AsO₃生成Na₃AsO₄溶液和S单质，其中硫元素、砷元素化合价升高，发生氧化反应，故被氧化的元素为As、S；
故答案为：As、S；
（3）还原过程中二氧化硫将H₃AsO₄转化为H₃AsO₃，反应为：SO₂+H₃AsO₄+H₂O=H₃AsO₃+H₂SO₄；
故答案为：SO₂+H₃AsO₄+H₂O=H₃AsO₃+H₂SO₄；
（4）c（OH^-）=0.01mol•L^-1，已知：Ca（OH）₂（_S）?Ca²⁺（aq）+2OH^-（aq）K_sp=10^-7，则c（Ca²⁺）=$\frac{1{0}^{-7}}{（1{0}^{-2}）^{2}}$=10^-3mol•L^-1，Ca₅（AsO₄）₃OH （s）?5Ca²⁺（aq）+OH^-（aq）+3AsO₄^3-（aq） K_sp=10^-40，溶液中c（AsO₄^3-）=$\root{3}{\frac{1{0}^{-40}}{（1{0}^{-3}）^{5}•1{0}^{-2}}}$=2.15×10^-8mol•L^-1；
故答案为：2.15×10^-8mol•L^-1；
（5）由图2可知：As₂O₃在25℃、硫酸浓度约为7 mol•L^-1时的溶解度度（S）最小，故“结晶”过程应调硫酸浓度约为7 mol•L^-1，冷却至温度为25℃；
故答案为：调硫酸浓度约为7 mol•L^-1，冷却至温度为25℃；
（6）提高砷的回收率，在工业生产中，最后一步所得滤液可循环使用；
故答案为：提高砷的回收率．

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、溶度积的计算等，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．