Question

利用高浓度含砷废水(主要成分为H₃AsO₃)制取As₂O₃的工艺流程如下图所示。

已知：As₂S₃(s)+3S^2-(aq)2AsS₃^3-(aq)

(1)H₃AsO₃中As元素的化合价为______；H₃AsO₃的第一步电离方程式为：________。

(2)步骤I加入FeSO₄的作用是______________________。

(3)步骤Ⅱ发生反应的化学方程式为___________________。步骤III“氧化脱硫”过程中被氧化的元素是___________(填元素符号)。

(4)步骤IV发生反应的离子方程式为________________________。

(5)利用反应AsO₄^3-+2I^-+2H⁺AsO₃^3-+I₂+H₂O设计成原电池，起始时在甲、乙两池中分别加入图示药品并连接装置(a、b均为石墨电极)。

①起始时，b电极的电极反应式为__________________。

②一段时间后电流计指针不发生偏转。欲使指针偏转方向与起始时相反，可采取的措施是______________________________(举一例)。

Answer

+3 H3AsO3H++H2AsO3- 沉淀过量的S2-，使As2S3(s)+3S2-(aq)2AsS33-(aq)平衡左移，提高沉砷效率 As2S3+6NaOH=Na3AsO3+Na3AsS3+3H2O S、As 2AsO43-+2SO2+2H+=As2O3+2SO42-+H2O AsO43-+2e-+2H+=AsO33-+ H2O 向乙中加入Na3AsO3固体或加入碱

【解析】

(1)根据化合物中元素化合价的代数和等于0判断；H3AsO3是三元弱酸，根据多元弱酸分步电离书写电离方程式；

(2)根据示意图可知步骤I加入FeSO4的作用是使过量的S2-变为沉淀；

(3)步骤Ⅱ中NaOH与As2S3反应产生Na3AsO3、Na3AsS3及水，根据原子守恒、电子守恒可得反应方程式；根据被氧化的元素反应后化合价会升高分析；

(4) SO2将Na3AsO4还原为As2O3，SO2被氧化为H2SO4，然后根据电子守恒、原子守恒可得反应的方程式；

(5)①根据反应AsO43-+2I-+2H+AsO33-+I2+H2O可知，若设计原电池，I-失去电子，作负极，AsO43-在正极上发生还原反应分析；

②若再构成原电池，电极相反，则在左边发生还原反应，在右边发生氧化反应。

(1) H3AsO3中H元素化合价为+1价，O元素化合价为-2价，根据化合物中各种元素化合价的代数和等于0，可知As元素的化合价为+3价；H3AsO3的第一步电离方程式为：H3AsO3H++H2AsO3-；

(2)步骤I加入FeSO4的作用是使过量的S2-变为沉淀，Fe2++S2-=FeS↓,由于c(S2-)降低，使As2S3(s)+3S2-(aq)2AsS33-(aq)平衡逆向移动，从而可提高沉砷效率；

(3)步骤Ⅱ中NaOH与As2S3反应产生Na3AsO3、Na3AsS3及水，根据原子守恒、电子守恒可得反应方程式：As2S3+6NaOH=Na3AsO3+Na3AsS3+3H2O；

(4)由反应前后物质中所含元素化合价分析可知：S元素化合价由反应前Na3AsS3的-2价变为反应后S单质的0价，化合价升高，失去电子，被氧化；As元素的化合价由反应前Na3AsO3、Na3AsS3的+3价变为反应后Na3AsO4的+5价，化合价升高，失去电子，被氧化，故被氧化的元素有S、As；

(4)步骤IV中SO2具有还原性，将Na3AsO4还原为As2O3，SO2被氧化为H2SO4，发生反应的离子方程式为：2AsO43-+2SO2+2H+=As2O3+2SO42-+H2O；

(5)①根据方程式可知：I-在负极失去电子，发生氧化反应，电极式为：2I--2e-=I2，在正极上AsO43-获得电子，发生还原反应，电极反应式为：AsO43-+2e-+2H+=AsO33-+ H2O；

②一段时间后电流计指针不发生偏转。欲使指针偏转方向与起始时相反，则左边发生还原反应右边发生氧化反应，可采取的措施是向乙中加入Na3AsO3固体或加入碱消耗I2，反应就可以发生。