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）畫出砷的原子結構示意圖____________；

（2）工業上常將含砷廢渣（主要成分為As2S3）制成漿狀，通入O2氧化，生成H3AsO4和單質硫。寫出發生反應的化學方程式________；

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

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

①下列不可判斷反應達到平衡的是__________（填標號）；

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，v逆_____ v正（填“大于”“小于”或“等于”）；

③tn時v逆_____ tm時v逆（填“大于”“小于”或“等于”）；

④若平衡時溶液的pH=14，則該反應的平衡常數K為___________；

（5）H3AsO3和H3AsO4水溶液中含砷的各物種的分布分數(平衡時某物種的濃度占各物種濃度之和的分數)與pH的關系分別如題圖-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，當溶液由無色變為淺紅色時停止滴加。該過程中主要反應的離子方程式為____________；

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

（6）溶液的pH對吸附劑X表面所帶電荷有影響，pH =7．1時，吸附劑X表面不帶電荷；pH > 7.1時帶負電荷，pH越高，表面所帶負電荷越多；pH<7.1時帶正電荷，pH越低，表面所帶正電荷越多。pH不同時吸附劑X對三價砷和五價砷的平衡吸附量(吸附達平衡時單位質量吸附劑X吸附砷的質量)如題圖-3所示：

試問，提高吸附劑X對三價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,將三價砷轉化為五價砷

【解析】 (1).砷為33號元素，原子結構示意圖為；（2）原已知可知得到As2S3+O2→H3AsO4+S，As2S3化合價總共升高10價，利用得失電子守恒配平得：2As2S3+5O2→4H3AsO4+6S，再考慮質量守恒，反應前少了6O、12H，故方程式為2As2S3+5O2+6H2O=4H3AsO4+6S；(3)待求解反應可以由反應①×1-反應②×3-反應③，故ΔH = 2△H1-3△H2-△H3；(4)①溶液pH不變時，則c(OH—)也保持不變，a能判斷反應處于平衡狀態；根據速率關系v (I—)=2v(AsO33—)，則等式始終成立，b不能判斷反應處于平衡狀態；由于提供的Na3AsO3總量一定，所以c(AsO43—)/c(AsO33—)不再變化，能判斷反應處于平衡狀態；c(I-)=y mol/L時，即c(AsO43)=c(I-)，事實兩者濃度關系一定是2c(AsO43)=c(I-)，不能判斷反應平衡狀態；②反應從正反應開始進行，tm時反應繼續向正反應方向進行，故v逆小于 v正；③tm時比tn時，AsO43—濃度更小，所以逆反應速率也更小，tn時v逆大于 tm時v逆；④反應前，三種溶液混合后，Na3AsO3濃度為，同理I2的濃度為xmol/L，反應達到平衡時，生成c(AsO43—)為ymol/L，則反應生成c(I—)為2ymol/L，消耗AsO33—、I2濃度均為ymol/L，平衡時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，H3AsO3濃度減小， H2AsO3—濃度增大，當溶液由無色變為淺紅色時，主要的離子反應為：OH- + H3AsO3H2AsO3- + H2O；②H3AsO4的第一步電離：H3AsO4H2AsO4-+H+的電離常數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-轉變為HAsO42-，吸附劑X表面所帶負電荷增多，靜電斥力增大，吸附劑X對五價砷的平衡吸附量隨pH升高而迅速下降，在pH為4-7之間，吸附劑X表面帶正電，五價砷主要以H2AsO4-和HAsO42-陰離子存在，靜電引力較大，而三價砷主要以H3AsO3分子存在，與吸附劑X表面產生的靜電引力小。提高吸附劑X對三價砷去除效果可采取的措施是：加入氧化劑,將三價砷轉化為五價砷。