Question

10．砷為VA族元素，金屬冶煉過(guò)程產(chǎn)生的含砷有毒廢棄物需處理與檢測(cè)．
I．冶煉廢水中砷元素主要以亞砷酸（H₃AsO₃）形式存在，可用化學(xué)沉降法處理酸性高濃度含砷廢水，其工藝流程如下：

已知：①As₂S₃與過(guò)量的S^2-存在以下反應(yīng)：As₂S₃（s）+3S^2-（aq）?2AsS₃^3-（aq）；
②亞砷酸鹽的溶解性大于相應(yīng)砷酸鹽．
（1）亞砷酸中砷元素的化合價(jià)為+3；砷酸的第一步電離方程式為H₃AsO₄?H⁺+H₂AsO₄^-．
（2）“一級(jí)沉砷”中FeSO₄的作用是，“二級(jí)沉砷”中H₂O₂與含砷物質(zhì)反應(yīng)的化學(xué)方程式為H₂AsO₃+H₂O₂=H₃AsO₄+H₂O．
（3）沉淀X為CaSO₄（填化學(xué)式）．
Ⅱ．冶煉廢渣中的砷元素主要以As₂S₃的形式存在，可用古氏試砷法半定量檢測(cè)（As的最低檢出限為3.0×10^-6g）．
步驟1：取10g廢渣樣品，粉碎后與鋅粉混合，加入H₂SO₄共熱，生成AsH₃氣體．
步驟2：將AsH₃氣體通入AgNO₃溶液中，生成銀鏡和As₂O₃．
步驟3：取1g廢渣樣品，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，未見(jiàn)銀鏡生成．
（4）AsH₃的電子式為．
（5）配平步驟2的離子方程式：
12Ag⁺+2AsH₃+3H₂O═12Ag↓+1As₂O₃+12H⁺
（6）固體廢棄物的排放標(biāo)準(zhǔn)中，砷元素不得高于4.0×10^-5g/kg，請(qǐng)通過(guò)計(jì)算說(shuō)明該排放的廢渣中砷元素的含量不符合（填“符合”、“不符合”）排放標(biāo)準(zhǔn)，原因是因?yàn)樵搹U渣砷含量為（3.0×10 ^-6g÷10g）×1000g/kg=3.0×10^-4g/kg，大于排入標(biāo)準(zhǔn)4.0×10^-5g•kg^-1．

Answer 1

分析 Ⅰ．廢水中砷元素主要以亞砷酸（H₃AsO₃）形式存在，加入硫化鈉、硫酸亞鐵除去過(guò)量的硫離子，過(guò)濾得到As₂S₃和FeS，濾液中加入過(guò)氧化氫和氧化鈣，H₂ O₂與含砷物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，氧化亞砷酸為砷酸，過(guò)濾得到砷酸鐵、砷酸鈣、氫氧化鐵、沉淀硫酸鈣等，
（1）根據(jù)化合物中化合價(jià)代數(shù)和為0計(jì)算；砷酸為弱酸，分步電離；
（2）As₂ S₃與過(guò)量的S^2一反應(yīng)，As₂S₃（s）+3S^2-（aq）?2AsS₃^3-（aq），根據(jù)化學(xué)平衡移動(dòng)分析FeSO₄的作用是沉淀過(guò)量的S^2-沉砷效果；由流程可知：“二級(jí)沉砷”中H₂O₂與H₃AsO₃反應(yīng)生成H₃AsO₄；
（3）流程分析可知鈣離子結(jié)合硫酸根離子形成硫酸鈣沉淀；
Ⅱ．（4）AsH₃和氨氣分子結(jié)構(gòu)相同為共價(jià)化合物，砷原子和三個(gè)氫原子形成三個(gè)As-H鍵；
（5）步驟2中，H₃As氣體通人AgNO₃溶液中，生成銀鏡和As₂O₃，結(jié)合電荷守恒和質(zhì)量守恒書(shū)寫(xiě)；
（6）As的最低檢出限為3.0x 10 ^-6g，取1g廢渣樣品，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，未見(jiàn)銀鏡生成，取10g廢渣樣品最后生成銀鏡和As₂ O₃．則10g廢渣含砷量最少為3.0x 10 ^-6g，據(jù)此分析．

解答 解：Ⅰ．（1）亞砷酸（H₃AsO₃）中氫元素+1價(jià)，氧元素-2價(jià)，化合物化合價(jià)代數(shù)和為0，則砷元素的化合價(jià)為+3價(jià)，第ⅤA族非金屬元素形成最高價(jià)含氧酸中磷、砷形成的含氧酸都是弱酸，水溶液中分步電離，電離方程式為：H₃AsO₄?H⁺+H₂AsO₄^-，
故答案為：+3；H₃AsO₄?H⁺+H₂AsO₄^-；
（2）“一級(jí)沉砷”中FeSO₄的作用是除去過(guò)量的硫離子，As₂S₃+3S^2-?2AsS₃^2-使平衡逆向進(jìn)行，提高沉砷效果，“二級(jí)沉砷”中H₂ O₂與含砷物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，氧化亞砷酸為砷酸；，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：H₂AsO₃+H₂O₂=H₃AsO₄+H₂O，
故答案為：沉淀過(guò)量的S^2-，使As₂S₃（s）+3S^2-（aq）?2AsS₃^3-（aq）平衡左移，提高沉砷效果；H₃AsO₃+H₂O₂=H₃AsO₄+H₂O；
（3）流程分析可知，加入氧化鈣和水反應(yīng)生成氫氧化鈣，氫氧化鈣和砷酸反應(yīng)生成砷酸鈣沉淀、和鐵離子反應(yīng)生成氫氧化鐵沉淀，鈣離子結(jié)合硫酸根離子形成硫酸鈣沉淀，所以沉淀X為CaSO₄；
故答案為：CaSO₄；
Ⅱ．（4）AsH₃和氨氣分子結(jié)構(gòu)相同為共價(jià)化合物，砷原子和三個(gè)氫原子形成三個(gè)As-H鍵，電子式為：；
故答案為：；
（5）將AsH₃氣體通人AgNO₃溶液中，生成銀鏡和As₂O₃，離子方程式為：12Ag⁺+2H₃As+3H₂O═12Ag↓+As₂O₃+12H⁺；
故答案為：12，2，3；12，1，12；
（6）As的最低檢出限為3.0x 10 ^-6g，取1g廢渣樣品，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，未見(jiàn)銀鏡生成，取10g廢渣樣品最后生成銀鏡和As₂ O₃．則10g廢渣含砷量最少為3.0x 10 ^-6g，則該廢渣砷含量為（3.0×10 ^-6g÷10g）×1000g/kg=3.0×10^-4g/kg，大于排入標(biāo)準(zhǔn)4.0×10^-5g•kg^-1，不符合排放標(biāo)準(zhǔn)；
故答案為：不符合；因?yàn)樵搹U渣砷含量為（3.0×10 ^-6g÷10g）×1000g/kg=3.0×10^-4g/kg，大于排入標(biāo)準(zhǔn)4.0×10^-5g•kg^-1．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)制備方案設(shè)計(jì)，主要考查了化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)、氧化還原反應(yīng)、環(huán)境保護(hù)等，注意把握物質(zhì)性質(zhì)以及對(duì)題目信息的獲取于使用，難度中等，側(cè)重于考查學(xué)生的分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能量．