Question

【題目】某含砷(As )的有毒工業廢水經如下圖流程轉化為粗Aa2O3。已知：亞砷酸鈣微溶于水，砷酸鈣難溶于水。

(1)加入試劑1的目的是:_________________________。

(2)“沉砷”是將砷元素轉化為Ca5(AsO4)3OH 沉淀，發生的主要反應有：

A.Ca(OH)2(s) Ca2+(aq) + 2OH－(aq) ΔH ＜0

B.5Ca2+ + OH－+ 3AsO43－Ca5(AsO4)3OH ΔH ＞0

研究表明：“沉砷”的最佳溫度是85℃， 用化學平衡原理解釋溫度高于85℃后，隨溫度升高沉淀率下降的原因是________。

(3)“還原”過程中H3AsO4轉化為H3AsO3，反應的化學方程式是________。

(4)通過對H3AsO3溶液進行_____(填操作名稱)，再過濾可制得粗As2O3。As2O3在不同溫度和不同濃度硫酸中的溶解度（S）曲線如下圖所示。為控制濾液2 中As2O3的濃度不高于6×10-5 mol·L-1 ，則“結晶”過程應控制的條件是______________________(例舉一例回答)

(5)從綠色化學和綜合利用的角度考慮，對濾液2 處理方法是:________________________。

Answer 1

【答案】 將AsO33－氧化為AsO43－ A反應△H＜0，升溫促使A平衡向左移動，c(Ca2+)和c(OH－)減小，從而導致B平衡向左移動 H3AsO4+H2O+SO2=H3AsO3+H2SO4 加熱 控制溫度在60℃并將硫酸濃度調至7 molL﹣1。或：控制溫度在25℃并將硫酸濃度調至7 molL﹣1。或：控制溫度在60℃以下并將硫酸濃度調至7 molL﹣1。或：溫度控制在25℃并將硫酸濃度調至3~11 molL﹣1。或：溫度控制在25℃以下并將硫酸濃度調至3~11 molL﹣1 將濾液2輸入“酸化”環節，循環使用

【解析】向工業廢水(含有H3AsO4、H3AsO3)加入氫氧化鈉堿浸：H3AsO4+3NaOH═Na3AsO4+3H2O、H3AsO3+3NaOH═Na3AsO3+3H2O，得到含有Na3AsO4、Na3AsO3的溶液，根據題意，亞砷酸鈣微溶于水，砷酸鈣難溶于水，需要加入氧化劑將Na3AsO3氧化為Na3AsO4，再加入石灰乳沉砷得到Ca5(AsO4)3OH沉淀，用稀硫酸溶解沉淀，生成H3AsO4和硫酸鈣，通入二氧化硫將H3AsO4還原為H3AsO3，反應為：H3AsO4+H2O+SO2═H3AsO3+H2SO4，“還原”后加熱溶液，H3AsO3分解為As2O3，調硫酸濃度約為7molL-1，冷卻至25℃，過濾，得粗As2O3。

(1)根據上述分析，加入試劑1的目的是將AsO33－氧化為AsO43－，故答案為：將AsO33－氧化為AsO43－；

(2) “沉砷”是將砷元素轉化為Ca5(AsO4)3OH沉淀，發生的主要反應有：A．Ca(OH)2(s)Ca2+(aq)+2OH-(aq)△H＜0，B．5Ca2++OH-+3AsO43-Ca5(AsO4)3OH△H＞0，溫度升高高于85℃后，反應A平衡逆向移動，c(Ca2+)下降，反應B平衡逆向移動，Ca5(AsO4)3OH沉淀率下降，故答案為：A反應△H＜0，升溫促使A平衡向左移動，c(Ca2+)和c(OH－)減小，從而導致B平衡向左移動；

(3)“還原”過程中二氧化硫將H3AsO4還原為H3AsO3，自身被氧化生成硫酸，反應為：H3AsO4+H2O+SO2═H3AsO3+H2SO4；故答案為：H3AsO4+H2O+SO2═H3AsO3+H2SO4；

(4)對H3AsO3溶液加熱，使H3AsO3分解為As2O3，再過濾可制得粗As2O3。由圖可知：硫酸濃度約為7molL-1，25℃時As2O3的沉淀率最大，易于分離，故為了提高粗As2O3的沉淀率，調硫酸濃度約為7molL-1，冷卻至25℃，過濾；故答案為：加熱；調硫酸濃度約為7molL-1，冷卻至25℃，過濾；

(5) 濾液2主要含有硫酸，可循環使用，故答案為：將濾液2輸入“酸化”環節，循環使用。