As（0）、As（Ⅲ）和As（Ⅴ）分別表示砷單質(zhì)、三價(jià)砷和五價(jià)砷的化合物。硫酸廠產(chǎn)生的酸性廢水中含有超標(biāo)的H3AsO3，需處理達(dá)標(biāo)后才能排放。目前含砷廢水的處理常用石灰中和-PFS、氧化吸附、納米級(jí)零價(jià)鐵等方法。
（1）石灰中和-PFS法，處理過(guò)程如下：
含砷廢水經(jīng)氧化后，加入石灰乳，在相同時(shí)間內(nèi)，廢水中沉降的固體、砷的去除率與溶液pH的關(guān)系如圖1所示。H3AsO4水溶液中含砷微粒的物質(zhì)的量分布分?jǐn)?shù)與pH的關(guān)系如圖2所示。已知此溫度下，Ca（H2AsO4）2溶于水，Ksp（FeAsO4）=5.7×10-21，Ksp[Ca3（AsO4）2]=6.8×10-19，Ksp（CaHAsO4）=8.4×10-4。
①一級(jí)沉降時(shí)，當(dāng)pH=2，廢水中開(kāi)始產(chǎn)生沉淀，該沉淀主要成分的化學(xué)式為CaSO4CaSO4。pH調(diào)節(jié)到8時(shí)，開(kāi)始產(chǎn)生Ca3（AsO4）2沉淀，原因是pH增大，促進(jìn)HAsO42-電離，使溶液中c（AsO43-）增大，pH調(diào)節(jié)到8時(shí)，Qc=c3（Ca2+）?c2（AsO43-）＞Ksp[Ca3（AsO4）2]，產(chǎn)生Ca3（AsO4）2沉淀pH增大，促進(jìn)HAsO42-電離，使溶液中c（AsO43-）增大，pH調(diào)節(jié)到8時(shí)，Qc=c3（Ca2+）?c2（AsO43-）＞Ksp[Ca3（AsO4）2]，產(chǎn)生Ca3（AsO4）2沉淀。
②二級(jí)沉降中，保持溶液pH在8～10之間。加入PFS（聚合硫酸鐵，[Fe2（OH）2n（SO4）3-n]m）形成的Fe（OH）3膠體粒子與含砷微粒反應(yīng)可提高砷的去除率，其主要反應(yīng)的離子方程式為HAsO42-+Fe（OH）3?=FeAsO4+H2O+2OH-HAsO42-+Fe（OH）3?=FeAsO4+H2O+2OH-．
（2）氧化吸附法：新生態(tài)MnO2懸濁液具有較強(qiáng)的氧化性，能將As（Ⅲ）氧化為As（Ⅴ），也具有較強(qiáng)的吸附性，能吸附水體中的H+而帶正電荷。所帶正電荷越多，吸附含砷微粒的能力越強(qiáng)。pH不同時(shí)，新生態(tài)MnO2懸濁液對(duì)砷去除率如圖3所示。
①加入新生態(tài)MnO2懸濁液使廢水中H3AsO3轉(zhuǎn)化為H3AsO4，反應(yīng)的離子方程式為MnO2+H3AsO3+2H+=H3AsO4+Mn2++H2OMnO2+H3AsO3+2H+=H3AsO4+Mn2++H2O。
②pH從3增大到7的過(guò)程中，隨著pH增大，砷的去除率上升。其原因是pH＜7前，隨著pH增大，新生態(tài)MnO2吸附的H+所帶正電荷減少，吸附能力減小，但有更多的H3AsO4轉(zhuǎn)化為H2AsO4-和HAsO42-，溶液中帶負(fù)電荷的粒子增多，易被吸附，使得吸附能力增大，吸附能力增大的幅度大于吸附能力減小的幅度，整體上吸附能力增大，砷的去除率上升pH＜7前，隨著pH增大，新生態(tài)MnO2吸附的H+所帶正電荷減少，吸附能力減小，但有更多的H3AsO4轉(zhuǎn)化為H2AsO4-和HAsO42-，溶液中帶負(fù)電荷的粒子增多，易被吸附，使得吸附能力增大，吸附能力增大的幅度大于吸附能力減小的幅度，整體上吸附能力增大，砷的去除率上升。
（3）納米級(jí)零價(jià)鐵法：納米級(jí)零價(jià)鐵具有強(qiáng)吸附性和還原性，可直接處理有氧條件下含As（Ⅲ）較多的廢水。處理后在納米級(jí)零價(jià)鐵表面有大量的As（0），外圍有大量的As（Ⅴ）。產(chǎn)生As（0）的原理如圖4所示。請(qǐng)描述產(chǎn)生As（0）、As（Ⅴ）的過(guò)程：納米級(jí)零價(jià)鐵吸附了水體中的砷的化合物，零價(jià)鐵有強(qiáng)還原性，失去電子給As（Ⅲ），使其被還原為As（0），自身被氧化為Fe2+；Fe2+被水體中的氧氣氧化為Fe3+，F(xiàn)e3+將As（Ⅲ）氧化為As（V）納米級(jí)零價(jià)鐵吸附了水體中的砷的化合物，零價(jià)鐵有強(qiáng)還原性，失去電子給As（Ⅲ），使其被還原為As（0），自身被氧化為Fe2+；Fe2+被水體中的氧氣氧化為Fe3+，F(xiàn)e3+將As（Ⅲ）氧化為As（V）。
【考點(diǎn)】制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)．
【答案】CaSO4；pH增大，促進(jìn)HAsO42-電離，使溶液中c（AsO43-）增大，pH調(diào)節(jié)到8時(shí)，Qc=c3（Ca2+）?c2（AsO43-）＞Ksp[Ca3（AsO4）2]，產(chǎn)生Ca3（AsO4）2沉淀；HAsO42-+Fe（OH）3?=FeAsO4+H2O+2OH-；MnO2+H3AsO3+2H+=H3AsO4+Mn2++H2O；pH＜7前，隨著pH增大，新生態(tài)MnO2吸附的H+所帶正電荷減少，吸附能力減小，但有更多的H3AsO4轉(zhuǎn)化為H2AsO4-和HAsO42-，溶液中帶負(fù)電荷的粒子增多，易被吸附，使得吸附能力增大，吸附能力增大的幅度大于吸附能力減小的幅度，整體上吸附能力增大，砷的去除率上升；納米級(jí)零價(jià)鐵吸附了水體中的砷的化合物，零價(jià)鐵有強(qiáng)還原性，失去電子給As（Ⅲ），使其被還原為As（0），自身被氧化為Fe2+；Fe2+被水體中的氧氣氧化為Fe3+，F(xiàn)e3+將As（Ⅲ）氧化為As（V）
【解答】
【點(diǎn)評(píng)】
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發(fā)布：2024/4/20 14:35:0組卷：41引用：1難度：0.3
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1．硫鐵礦燒渣是硫鐵礦生產(chǎn)硫酸過(guò)程中產(chǎn)生的工業(yè)廢渣（主要含F(xiàn)e2O3及少量SiO2、Al2O3、CaO、MgO等雜質(zhì)）．用該燒渣制取藥用輔料--紅氧化鐵的工藝流程如圖：
（1）在“還原焙燒”中產(chǎn)生的有毒氣體可能有．
（2）“酸浸”時(shí)間一般不超過(guò)20min,若在空氣中酸浸時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，溶液中Fe2+含量將下降，其原因是（用離子方程式表示）．
（3）根據(jù)下表數(shù)據(jù)：
在“除雜”步驟中，為除去Fe3+和Al3+，溶液的pH最大值應(yīng)小于氫氧化物 Al（OH）3 Mg（OH）2 Fe（OH）3 Fe（OH）2 開(kāi)始沉淀的pH 3.10 8.54 2.01 7.11 完全沉淀的pH 4.77 11.04 3.68 9.61 ，檢驗(yàn)Fe3+已經(jīng)除盡的試劑是；當(dāng)pH=5時(shí)，溶液中c（Al3+）=mol?L-1（已知常溫下Ksp[Al（OH）3]=2.0×10-33）．
（4）“中和合成”的目的是將溶液中Fe2+轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓醽嗚F沉淀，則A的操作是．
（5）a g燒渣經(jīng)過(guò)上述工藝可得紅氧化鐵b g.藥典標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，制得的紅氧化鐵中含氧化鐵不得少于98.0%，則所選用的燒渣中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)不低于（用含a、b的表達(dá)式表示）．發(fā)布：2025/1/19 8:0:1組卷：114引用：4難度：0.5 -
2．硫鐵礦燒渣是硫鐵礦生產(chǎn)硫酸過(guò)程中產(chǎn)生的工業(yè)廢渣（主要含F(xiàn)e2O3及少量SiO2、Al2O3等雜質(zhì)）．用該燒渣制取藥用輔料--紅氧化鐵的工藝流程如下：
（1）在“還原焙燒”中產(chǎn)生的有毒氣體可能有．
（2）“酸浸”時(shí)間一般不超過(guò)20min,若在空氣中酸浸時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，溶液中Fe2+含量將下降，其原因是（用離子方程式表示）．
（3）根據(jù)下表數(shù)據(jù)：
在“除雜”步驟中，為除去Fe3+和Al3+，溶液的pH最大值應(yīng)小于氫氧化物 Al（OH）3 Fe（OH）3 Fe（OH）2 開(kāi)始沉淀的pH 3.10 2.01 7.11 完全沉淀的pH 4.77 3.68 9.61 ，檢驗(yàn)
Fe3+已經(jīng)除盡的試劑是．
（4）“中和合成”的目的是將溶液中Fe2+轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓醽嗚F沉淀，則操作B是．
（5）煅燒A的反應(yīng)方程式是．
（6）a g燒渣經(jīng)過(guò)上述工藝可得紅氧化鐵b g.藥典標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，制得的紅氧化鐵中含氧化鐵不得少于98.0%，則所選用的燒渣中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)不低于（用含a、b的表達(dá)式表示）．發(fā)布：2025/1/19 8:0:1組卷：5引用：1難度：0.5 -
3．硫鐵礦燒渣是硫鐵礦生產(chǎn)硫酸過(guò)程中產(chǎn)生的工業(yè)廢渣（主要含F(xiàn)e2O3及少量SiO2、Al2O3、CaO、MgO等雜質(zhì)）．用該燒渣制取藥用輔料--紅氧化鐵的工藝流程如下：
（1）在“還原焙燒”中產(chǎn)生的有毒氣體可能有．
（2）“酸浸”時(shí)間一般不超過(guò)20min,若在空氣中酸浸時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，溶液中Fe2+含量將下降，其原因是（用離子方程式表示）．
（3）根據(jù)下表數(shù)據(jù)：
在“除雜”步驟中，為除去Fe3+和Al3+，溶液的pH最大值應(yīng)小于氫氧化物 Al（OH）3 Mg（OH）2 Fe（OH）3 Fe（OH）2 開(kāi)始沉淀的pH 3.10 8.54 2.01 7.11 完全沉淀的pH 4.77 11.04 3.68 9.61 ，常溫下，當(dāng)pH=5時(shí)，溶液中c（Al3+）=mol?L-1（已知常溫下Ksp[Al（OH）3]═2.0×10-33）．
（4）“中和合成”的目的是將溶液中Fe2+轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓醽嗚F沉淀，則A的操作是．發(fā)布：2025/1/19 8:0:1組卷：12引用：1難度：0.5
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