Question

8．工廠中用稀硫酸浸泡某礦石后的溶液中，除了含有大量硫酸外，還含有少量NH₄⁺、Fe³⁺、AsO₄^3-、Cl^-．為除去雜質(zhì)離子，部分操作流程如下圖：

請回答問題：
（1）用稀硫酸浸泡某礦石后的溶液中，硫酸的濃度為4.9g•L^-1，則該溶液的pH約為1
（2）NH₄⁺在用稀硫酸浸泡某礦石后的溶液中以（NH₄）₂SO₄和NH₄Cl形式存在．現(xiàn)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，則c[（NH₄）₂SO₄]＜c（NH₄Cl）（填：＜、=或＞）
（3）向廢液中投入生石灰（忽略溶液溫度的變化），溶液中c（NH₃•H₂O）與c（OH^-）的比值（填“增大”、“減小”或“不變”）減小
（4）投入生石灰調(diào)節(jié)pH到2～3時，大量沉淀主要成分為CaSO₄•2H₂O[含有少量Fe（OH）₃]，提純CaSO₄•2H₂O的主要操作步驟：向沉淀中加入過量稀硫酸充分反應(yīng)后，過濾、洗滌、
（5）25℃，H₃AsO₄電離常數(shù)為K₁=5.6×10^-3 ，K₂=1.7×10^-7，K₃=4.0×10^-12．當(dāng)溶液中pH調(diào)節(jié)到8～9時，沉淀主要成分為Ca₃（AsO₄）₂
①Na₃AsO₄第一步水解的平衡常數(shù)數(shù)值為：2.5×10^-3
②已知：AsO₄^3-+2I^-+2H⁺═AsO₃^3-+I₂+H₂O，SO₂+I₂+2H₂O═SO₄^2-+2I^-+4H⁺．上述兩個反應(yīng)中還原性最強(qiáng)的微粒是SO₂．

Answer 1

分析 硫酸廢液中含有大量硫酸外，還含有少量NH₄⁺、Fe³⁺、AsO₄^3-、Cl^-，加入生石灰，調(diào)節(jié)pH2～3，大量沉淀主要成分為CaSO₄•2H₂O[含有少量Fe（OH）₃]，濾液加入生石灰調(diào)節(jié)pH8～9，生成Ca₃（AsO₄）₂沉淀，濾液主要含有（NH₄）₂SO₄和NH₄Cl，
（1）硫酸的濃度為4.9g•L^-1，結(jié)合c=$\frac{n}{V}$=$\frac{\frac{m}{M}}{V}$計算；
（2）根據(jù)c（NH₄⁺）越大，NH₄⁺水解程度越小判斷；
（3）隨著向廢液中投入生石灰，c（OH^-）增大，c（NH₃•H₂O）減��；
（4）提純CaSO₄•2H₂O，可加入稀硫酸溶解Fe（OH）₃，并洗滌、干燥；
（5）①依據(jù)水解常數(shù)與電離常數(shù)及Kw的關(guān)系計算；
②根據(jù)還原劑還原性大于還原產(chǎn)物的還原性判斷．

解答 解：硫酸廢液中含有大量硫酸外，還含有少量NH₄⁺、Fe³⁺、AsO₄^3-、Cl^-，加入生石灰，調(diào)節(jié)pH2～3，大量沉淀主要成分為CaSO₄•2H₂O[含有少量Fe（OH）₃]，濾液加入生石灰調(diào)節(jié)pH8～9，生成Ca₃（AsO₄）₂沉淀，濾液主要含有（NH₄）₂SO₄和NH₄Cl，
（1）硫酸的濃度為4.9g•L^-1，c（H₂SO₄）=$\frac{\frac{4.9g}{98g/mol}}{1L}$=0.05mol/L，c（H⁺）=0.1mol/L，pH=-lg0.1=1，故答案為：1；
（2）如c[（NH₄）₂SO₄]=c（NH₄Cl），則（NH₄）₂SO₄溶液中c（NH₄⁺）較大，因c（NH₄⁺）越大，NH₄⁺水解程度越小，則（NH₄）₂SO₄溶液中c（NH₄⁺）小于是NH₄Cl溶液中c（NH₄⁺）的2倍，如等于2倍，則c（NH₄Cl）應(yīng)較大，
故答案為：＜；
（3）隨著向廢液中投入生石灰，c（OH^-）增大，c（NH₃•H₂O）減小，則溶液中$\frac{[N{H}_{3}•{H}_{2}O]}{[O{H}^{-}]}$減小，故答案為：減��；
（4）提純CaSO₄•2H₂O，可加入稀硫酸溶解Fe（OH）₃，且防止CaSO₄•2H₂O的溶解，過濾后洗滌、干燥，
故答案為：稀硫酸；晾干或干燥；
（5）①Na₃AsO₄的第一步水解的離子方程式為：AsO₄^3-+H₂O?HAsO₄^2-+OH^-，該步水解的平衡常數(shù)Kh=$\frac{c（HAs{{O}_{4}}^{2-}）•c（OH{\;}^{-}）}{c（AsO{\;}_{4}{\;}^{3-}）}$=$\frac{c（HAs{O}_{4}{\;}^{2-}）•c（O{H}^{-}）•c（H{\;}^{+}）}{c（As{O}_{4}{\;}^{3-}）•c（H{\;}^{+}）}$=$\frac{Kw}{K3}$=$\frac{10{\;}^{-14}}{4.0×10{\;}^{-12}}$=2.5×10^-3，
故答案為：2.5×10^-3；
②已知：AsO₄^3-+2I^-+2H⁺=AsO₃^3-+I₂+H₂O，SO₂+I₂+2H₂O=SO₄^2-+2I^-+4H⁺．還原劑還原性大于還原產(chǎn)物的還原性，則還原性SO₂＞I^-＞AsO₃^3-，兩個反應(yīng)中還原性最強(qiáng)的微粒是SO₂，
故答案為：SO₂．

點(diǎn)評 本題考查較為綜合，側(cè)重于學(xué)生的分析、實驗和計算能力的考查，注意把握溶液中濃度的換算，沉淀溶解平衡的溶度積常數(shù)計算，水解常數(shù)和電離常數(shù)的計算，離子方程式的書寫，沉淀的形成等，考查的知識點(diǎn)較多，題目難度中等．