Question

【題目】砷（As）是第四周期ⅤA族元素，可以形成As2S3、As2O5、H3AsO3、H3AsO4等化合物，有著廣泛的用途。回答下列問題：

（1）畫出砷的原子結(jié)構(gòu)示意圖____________；

（2）工業(yè)上常將含砷廢渣（主要成分為As2S3）制成漿狀，通入O2氧化，生成H3AsO4和單質(zhì)硫。寫出發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式________；

（3）已知：As(s)+ H2(g)+2O2(g)=H3AsO4(s) ΔH1

H2(g)+ O2(g)=H2O(l) ΔH2

2As(s)+ O2(g) =As2O5(s) ΔH3

則反應(yīng)As2O5(s) +3H2O(l)= 2H3AsO4(s)的ΔH =_________；

（4）298 K時(shí)，將20 mL 3x mol·L1 Na3AsO3、20 mL 3x mol·L1 I2和20 mL NaOH溶液混合，發(fā)生反應(yīng)： (aq)+I2(aq)+2OH(aq) (aq)+2I(aq)+ H2O(l)。溶液中c()與反應(yīng)時(shí)間（t）的關(guān)系如圖所示。

①下列不可判斷反應(yīng)達(dá)到平衡的是__________（填標(biāo)號(hào)）；

a．溶液的pH不再變化 b．v(I)=2v()

c．c()/c()不再變化 d．c(I)=y mol·L1

②tm時(shí)，v逆_____ v正（填“大于”“小于”或“等于”）；

③tn時(shí)v逆_____ tm時(shí)v逆（填“大于”“小于”或“等于”）；

④若平衡時(shí)溶液的pH=14，則該反應(yīng)的平衡常數(shù)K為___________；

（5）H3AsO3和H3AsO4水溶液中含砷的各物種的分布分?jǐn)?shù)(平衡時(shí)某物種的濃度占各物種濃度之和的分?jǐn)?shù))與pH的關(guān)系分別如題圖-1和題圖-2所示：

①以酚酞為指示劑(變色范圍pH 8.0 ~ 10.0)，將NaOH溶液逐滴加入到H3AsO3溶液中，當(dāng)溶液由無色變?yōu)闇\紅色時(shí)停止滴加。該過程中主要反應(yīng)的離子方程式為____________；

②H3AsO4第一步電離方程式H3AsO4H2AsO4-+H+的電離常數(shù)為Ka1,則pKa1=_________(p Ka1 = -lg Ka1)；

（6）溶液的pH對(duì)吸附劑X表面所帶電荷有影響，pH =7．1時(shí)，吸附劑X表面不帶電荷；pH > 7.1時(shí)帶負(fù)電荷，pH越高，表面所帶負(fù)電荷越多；pH<7.1時(shí)帶正電荷，pH越低，表面所帶正電荷越多。pH不同時(shí)吸附劑X對(duì)三價(jià)砷和五價(jià)砷的平衡吸附量(吸附達(dá)平衡時(shí)單位質(zhì)量吸附劑X吸附砷的質(zhì)量)如題圖-3所示：

試問，提高吸附劑X對(duì)三價(jià)砷去除效果可采取的措施是______________________。

Answer 1

【答案】 2As2S3+5O2+6H2O=4H3AsO4+6S 2△H1-3△H2-△H3 bd 小于 大于 OH- + H3AsO3H2AsO3- + H2O 2.2 加入氧化劑,將三價(jià)砷轉(zhuǎn)化為五價(jià)砷

【解析】 (1).砷為33號(hào)元素，原子結(jié)構(gòu)示意圖為；（2）原已知可知得到As2S3+O2→H3AsO4+S，As2S3化合價(jià)總共升高10價(jià)，利用得失電子守恒配平得：2As2S3+5O2→4H3AsO4+6S，再考慮質(zhì)量守恒，反應(yīng)前少了6O、12H，故方程式為2As2S3+5O2+6H2O=4H3AsO4+6S；(3)待求解反應(yīng)可以由反應(yīng)①×1-反應(yīng)②×3-反應(yīng)③，故ΔH = 2△H1-3△H2-△H3；(4)①溶液pH不變時(shí)，則c(OH—)也保持不變，a能判斷反應(yīng)處于平衡狀態(tài)；根據(jù)速率關(guān)系v (I—)=2v(AsO33—)，則等式始終成立，b不能判斷反應(yīng)處于平衡狀態(tài)；由于提供的Na3AsO3總量一定，所以c(AsO43—)/c(AsO33—)不再變化，能判斷反應(yīng)處于平衡狀態(tài)；c(I-)=y mol/L時(shí)，即c(AsO43)=c(I-)，事實(shí)兩者濃度關(guān)系一定是2c(AsO43)=c(I-)，不能判斷反應(yīng)平衡狀態(tài)；②反應(yīng)從正反應(yīng)開始進(jìn)行，tm時(shí)反應(yīng)繼續(xù)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，故v逆小于 v正；③tm時(shí)比tn時(shí)，AsO43—濃度更小，所以逆反應(yīng)速率也更小，tn時(shí)v逆大于 tm時(shí)v逆；④反應(yīng)前，三種溶液混合后，Na3AsO3濃度為，同理I2的濃度為xmol/L，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，生成c(AsO43—)為ymol/L，則反應(yīng)生成c(I—)為2ymol/L，消耗AsO33—、I2濃度均為ymol/L，平衡時(shí)c(AsO33—)為(x-y)mol/L、c(I2) 為(x-y)mol/L,pH=14,即c(OH—)=1mol/L，K=；（5）①從題圖-1可知pH由小變大時(shí)，H3AsO3濃度減小， H2AsO3—濃度增大，當(dāng)溶液由無色變?yōu)闇\紅色時(shí)，主要的離子反應(yīng)為：OH- + H3AsO3H2AsO3- + H2O；②H3AsO4的第一步電離：H3AsO4H2AsO4-+H+的電離常數(shù)Ka1=，由題圖-2讀出，c(H3AsO4)= c(H2AsO4-)，c(H+)=10-2.2mol/L，pKa1= -lg Ka1=-lg10-2.2 =2.2；（6）在pH為7-9之間，隨著pH升高H2AsO4-轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>HAsO42-，吸附劑X表面所帶負(fù)電荷增多，靜電斥力增大，吸附劑X對(duì)五價(jià)砷的平衡吸附量隨pH升高而迅速下降，在pH為4-7之間，吸附劑X表面帶正電，五價(jià)砷主要以H2AsO4-和HAsO42-陰離子存在，靜電引力較大，而三價(jià)砷主要以H3AsO3分子存在，與吸附劑X表面產(chǎn)生的靜電引力小。提高吸附劑X對(duì)三價(jià)砷去除效果可采取的措施是：加入氧化劑,將三價(jià)砷轉(zhuǎn)化為五價(jià)砷。