Question

工厂中用稀硫酸浸泡某矿石后的溶液中，除了含有大量硫酸外，还含有少量NH₄⁺、Fe^3＋、AsO₄^3－、Cl^－。为除去杂质离子，部分操作流程如下图：   

请回答问题：

（1）用稀硫酸浸泡某矿石后的溶液中，硫酸的浓度为4.9g·L^－1，则该溶液的pH约为             。

（2）NH₄⁺在用稀硫酸浸泡某矿石后的溶液中以(NH₄)₂SO₄和NH₄Cl形式存在。现有一份(NH₄)₂SO₄溶液，一份NH₄Cl溶液，(NH₄)₂SO₄溶液中c(NH₄^＋)恰好是NH₄Cl溶液中c(NH₄^＋)的2倍，则c[(NH₄)₂SO₄]           c(NH₄Cl)（填：＜、＝或＞）。 

（3）向废液中投入生石灰（忽略溶液温度的变化），溶液中c(NH₃·H₂O)与c(OH^-)的比值__________(填 “增大”、“减小”或“不变”)。 

（4）投入生石灰调节pH到2～3时，大量沉淀主要成分为CaSO₄·2H₂O[含有少量Fe(OH)₃]，提纯CaSO₄·2H₂O的主要操作步骤：向沉淀中加入过量         ，充分反应后，过滤、洗涤、          。

（5）25℃, H₃AsO₄电离常数为K₁＝5.6×10^－3，K₂＝1.7×10^－7，K₃＝4.0×10^－12。当溶液中pH调节到8～9时，沉淀主要成分为Ca₃(AsO₄)₂。 

①Na₃AsO₄第一步水解的平衡常数数值为：              。

②已知：AsO₄^3－+2I^－+2H⁺＝AsO₃^3－+I₂+H₂O，SO₂+I₂+2H₂O＝SO₄^2－+2I^－+4H⁺。上述两个反应中还原性最强的微粒是            。

Answer

（1）1 （2）＜ （3）减小

（4）稀硫酸 晾干或干燥 （5）①2.5×10－3 ②SO2

【解析】

试题分析：硫酸废液中含有大量硫酸外，还含有少量NH4+、Fe3＋、AsO43－、Cl－，加入生石灰，调节pH2～3，大量沉淀主要成分为CaSO4•2H2O[含有少量Fe（OH）3]，滤液加入生石灰调节pH8～9，生成Ca3（AsO4）2沉淀，滤液主要含有（NH4）2SO4和NH4Cl，则

（1）硫酸的浓度为4.9g•L-1，则c（H2SO4）==0.05mol/L，c（H+）=0.1mol/L，pH=-lg0.1=1；

（2）如c[（NH4）2SO4]=c（NH4Cl），则（NH4）2SO4溶液中c（NH4+）较大，因c（NH4+）越大，NH4+水解程度越小，则（NH4）2SO4溶液中c（NH4+）小于是NH4Cl溶液中c（NH4+）的2倍，如等于2倍，则c（NH4Cl）应较大；

（3）随着向废液中投入生石灰，c（OH-）增大，c（NH3•H2O）减小，则溶液中c(NH3·H2O)与c(OH-)的比值减小；

（4）提纯CaSO4•2H2O，可加入稀硫酸溶解Fe（OH）3，且防止CaSO4•2H2O的溶解，过滤后洗涤、干燥；

（5）①②Na3AsO4的第一步水解的离子方程式为：AsO43-+H2OHAsO42-+OH-，该步水解的平衡常数Kh===2.5×10-3；

②已知：AsO43－+2I－+2H+＝AsO33－+I2+H2O，SO2+I2+2H2O＝SO42－+2I－+4H+，还原剂还原性大于还原产物的还原性，则还原性SO2＞I-＞AsO33-，两个反应中还原性最强的微粒是SO2。

【考点定位】本题考查较为综合，涉及pH、水解常数计算、外界条件对平衡的影响以及氧化还原反应应用

【名师点晴】本题综合性强，难度较大，侧重于学生的分析、实验和计算能力的考查，注意把握溶液中浓度的换算，沉淀溶解平衡的溶度积常数计算，水解常数和电离常数的计算，离子方程式的书写，沉淀的形成等。难点是水解常数的计算，注意理解水解常数的含义和表达式，从公式变形的角度去分析和计算，对于常见的常数计算最好是记住计算式以提高答题的效率，例如水解常数与相应酸碱的电离常数和水的离子积常数的关系。