Question

【題目】(14分)砷(As)是一些工廠和礦山廢水中的污染元素,使用吸附劑是去除水中砷的有效措 施之一。

(1)將硫酸錳、硝酸釔與氫氧化鈉溶液按一定比例混合,攪拌使其充分反應(yīng),可獲得一種砷的高效吸附劑X,吸附劑X中含有 ,其原因是___________________________________。

（2）H3AsO3和H3AsO4水溶液中含砷的各物種的分布分數(shù)(平衡時某物種的濃度占各物種 濃度之和的分數(shù))與pH的關(guān)系分別如題20圖- 1和題20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?yōu)闇\紅色時停止滴加。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 )。

（3）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(zhì)量吸附劑X吸附砷的質(zhì)量)如題20圖-3所示。學(xué)科&網(wǎng)

①在pH7~9之間,吸附劑X對五價砷的平衡吸附量隨pH升高而迅速下降,其原因是____________________。

②在pH4~7之間,吸附劑X對水中三價砷的去除能力遠比五價砷的弱,這是因為___________。 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】

(1)堿性溶液吸收了空氣中的CO2

(2)①OH- + H3AsO3H2AsO3- + H2O ②2.2

(3)①在pH7~9之間,隨pH升高H2AsO4-轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>HAsO42-,吸附劑X表面所帶負電荷增多,靜電斥力增加

②在pH4~7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(chǎn)生的靜電引力小

加入氧化劑,將三價砷轉(zhuǎn)化為五價砷

【解析】

(1)NaOH在空氣中易與CO2反應(yīng)生成NaCO3，吸附劑X中含有，其原因是堿性溶液吸收了空氣中的CO2 ；（2）①從題20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?yōu)闇\紅色時，主要反應(yīng)的離子方程式為OH- + H3AsO3H2AsO3- + H2O ；②H3AsO4第一步電離方程式H3AsO4H2AsO4-+H+的電離常數(shù)為Ka1，Ka1= ，由題20圖-2讀出：，=，=10-2.2mol/L，Ka1==10-2.2mol/L，p Ka1 = -lg Ka1 =-lg10-2.2=2.2；（3）①在pH7~9之間，隨pH升高H2AsO4-轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>HAsO42-，吸附劑X表面所帶負電荷增多，,靜電斥力增加，吸附劑X對五價砷的平衡吸附量隨pH升高而迅速下降。②在pH4~7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(chǎn)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(zhuǎn)化為五價砷。

【命題意圖】本題以化學(xué)反應(yīng)原理中電解質(zhì)的電離、中和反應(yīng)過程中各粒子的分布圖，電解質(zhì)溶液中粒子間的相互作用為載體，考查學(xué)生對電離平衡、電離平衡常數(shù)的計算，引導(dǎo)學(xué)生從更深層次去認識電解質(zhì)溶液，（3）②經(jīng)過分析提出問題：在pH4~7之間,吸附劑X對水中三價砷的去除能力遠比五價砷的弱,要學(xué)生去分析問題，找出原因；最后提出問題的解決方案，考查學(xué)生分析問題，解決問題的能力。與往年20題考查電解電極反應(yīng)式書寫、氧化還原反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移計算、平衡中反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率提高措施及有關(guān)特定條件下方程式書寫等內(nèi)容相比，更注重考查學(xué)生的知識的應(yīng)用遷移能力，考察了應(yīng)用所學(xué)知識進行必要的分析、類推、解決一些具體的化學(xué)問題的能力和創(chuàng)新思維。