Question

(12分)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，相关数据如下表。

回答以下问题：

⑴该硫酸工厂排放的废水中硫酸的物质的量浓度c(H₂SO₄)＝    ________mol·L^－1。

⑵写出难溶物Ca₃(AsO₄)₂的K_sp表达式：K_sp[Ca₃(AsO₄)₂]＝    ________，若混合溶液中Al^3＋、Fe^3＋的浓度均为1.0×10^－4mol·L^－1，c(AsO₄^3－)的最大是    ___mol·L^－1。

⑶工厂排放出的酸性废水中的三价砷（H₃AsO₃弱酸）不易沉降，可投入MnO₂先将其氧化成五价砷（H₃AsO₄弱酸），写出该反应的离子方程式    。

⑷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。

①pH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    __；

②Ca₃(AsO₄)₂在pH调节到8左右才开始沉淀的原因为    _____。

Answer

⑴0.29     ⑵c3 (Ca2＋)·c2 (AsO43－)       5.7×10－17

⑶2H＋＋MnO2＋H3AsO3＝H3AsO4＋Mn2＋＋H2O

⑷①CaSO4  ②H3AsO4是弱酸，当溶液中pH调节到8左右时AsO43－浓度增大，Ca3(AsO4)2开始沉淀

【解析】（1）根据28.42 g/L可知，硫酸的浓度是28.42÷98mol/L＝0.29mol/L。

（2）根据溶度积常数的表达式可知，Ksp[Ca3(AsO4)2]＝c3 (Ca2＋)·c2 (AsO43－)。若混合溶液中Al3＋、Fe3＋的浓度均为1.0×10－4mol·L－1，则根据溶度积常数可知，c(AsO43－)分别是1.6×10－12mol/L、5.7×10－17mol/L。所以最大值不能超过5.7×10－17mol/L。

（3）二氧化锰的还原产物是Mn2＋，所以方程式为2H＋＋MnO2＋H3AsO3＝H3AsO4＋Mn2＋＋H2O。

（4）①由于废水中含有硫酸，所以最先生成的沉淀是硫酸钙沉淀。

②由于H3AsO4是弱酸，所以当溶液中pH调节到8左右时AsO43－浓度增大，Ca3(AsO4)2开始沉淀。