Question

9．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CO₃^2-，其原因是堿性溶液吸收了空氣中的CO₂．
（2）H₃AsO₃和H₃AsO₄水溶液中含砷的各物種的分布分?jǐn)?shù)（平衡時(shí)某物種的濃度占各物種濃度之和的分?jǐn)?shù)）與pH的關(guān)系分別如圖-1和圖-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(dāng)溶液由無(wú)色變?yōu)闇\紅色時(shí)停止滴加．該過(guò)程中主要反應(yīng)的離子方程式為OH^-+H₃AsO₃=H₂AsO₃^-+H₂O．
②H₃AsO₄第一步電離方程式H₃AsO₄?H₂AsO₄^-+H⁺的電離常數(shù)為K_a1，則pK_a1=2.2（p K_a1=-lg K_a1 ）．
（3）溶液的pH對(duì)吸附劑X表面所帶電荷有影響．pH=7.1時(shí)，吸附劑X表面不帶電荷； pH＞7.1時(shí)帶負(fù)電荷，pH越高，表面所帶負(fù)電荷越多；pH＜7.1時(shí)帶正電荷，pH越低，表面所帶正電荷越多．pH不同時(shí)吸附劑X對(duì)三價(jià)砷和五價(jià)砷的平衡吸附量（吸附達(dá)平衡時(shí)單位質(zhì)量吸附劑X吸附砷的質(zhì)量）如圖-3所示．

①在pH7～9之間，吸附劑X對(duì)五價(jià)砷的平衡吸附量隨pH升高而迅速下降，其原因是在pH7～9之間，隨pH升高H₂AsO₄^-轉(zhuǎn)變?yōu)镠AsO₄^2-，吸附劑X表面所帶負(fù)電荷增多，靜電斥力增加．
②在pH4～7之間，吸附劑X對(duì)水中三價(jià)砷的去除能力遠(yuǎn)比五價(jià)砷的弱，這是因?yàn)樵趐H4～7之間，吸附劑X表面帶正電，五價(jià)砷主要以H₂AsO₄^-和HAsO₄^2-陰離子存在，靜電引力較大；而三價(jià)砷主要以H₃AsO₃分子存在，與吸附劑X表面產(chǎn)生的靜電引力�。� 提高吸附劑X對(duì)三價(jià)砷去除效果可采取的措施是加入氧化劑，將三價(jià)砷轉(zhuǎn)化為五價(jià)砷．

Answer 1

分析 （1）空氣中的CO₂屬于酸性氧化物，能溶于強(qiáng)堿溶液；
（2）①根據(jù)圖知，堿性條件下H₃AsO₃的濃度減小、H₂AsO₃^-濃度增大，說(shuō)明堿和H₃AsO₃生成H₂AsO₃^-，該反應(yīng)為酸堿的中和反應(yīng)；
②K_a1=$\frac{c（{H}_{2}As{{O}_{4}}^{-}）．c（{H}^{+}）}{c（{H}_{3}As{O}_{4}）}$，pH=2.2時(shí)c（H⁺）=10^-2.2 mol/L，c（H₃AsO₃）=c（H₂AsO₃^-）；
（3）①吸附劑X表面所帶負(fù)電荷增多，靜電斥力越大；
②在pH4～7之間，吸附劑X表面帶正電，五價(jià)砷主要以H₂AsO₄^-和HAsO₄^2-陰離子存在，pH＜7.1時(shí)帶正電荷，pH越低，表面所帶正電荷越多；而三價(jià)砷主要以H₃AsO₃分子存在；
在pH4～7之間，吸附劑X對(duì)水中三價(jià)砷的去除能力遠(yuǎn)比五價(jià)砷的弱，如果能將三價(jià)砷轉(zhuǎn)化為五價(jià)砷，能有效的去除三價(jià)砷．

解答 解：（1）空氣中的CO₂屬于酸性氧化物，能溶于強(qiáng)堿溶液，NaOH是堿，能吸收空氣中的二氧化碳而生成碳酸根離子，所以其原因是堿性溶液吸收了空氣中的CO₂，故答案為：堿性溶液吸收了空氣中的CO₂；
（2）①根據(jù)圖知，堿性條件下H₃AsO₃的濃度減小、H₂AsO₃^-濃度增大，說(shuō)明堿和H₃AsO₃生成H₂AsO₃^-，該反應(yīng)為酸堿的中和反應(yīng)，同時(shí)還生成水，離子方程式為OH^-+H₃AsO₃=H₂AsO₃^-+H₂O，
故答案為：OH^-+H₃AsO₃=H₂AsO₃^-+H₂O；
②K_a1=$\frac{c（{H}_{2}As{{O}_{4}}^{-}）．c（{H}^{+}）}{c（{H}_{3}As{O}_{4}）}$，pH=2.2時(shí)c（H⁺）=10^-2.2 mol/L，c（H₃AsO₃）=c（H₂AsO₃^-），p K_a1=-lg K_a1=-lg$\frac{c（{H}_{2}As{{O}_{4}}^{-}）．c（{H}^{+}）}{c（{H}_{3}As{O}_{4}）}$=2.2，
故答案為：2.2；
（3）①吸附劑X表面所帶負(fù)電荷增多，靜電斥力越大，在pH7～9之間，隨pH升高H₂AsO₄^-轉(zhuǎn)變?yōu)镠AsO₄^2-，吸附劑X表面所帶負(fù)電荷增多，靜電斥力增加，導(dǎo)致在pH7～9之間，吸附劑X對(duì)五價(jià)砷的平衡吸附量隨pH升高而迅速下降，
故答案為：在pH7～9之間，隨pH升高H₂AsO₄^-轉(zhuǎn)變?yōu)镠AsO₄^2-，吸附劑X表面所帶負(fù)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(jià)砷主要以H₂AsO₄^-和HAsO₄^2-陰離子存在，pH＜7.1時(shí)帶正電荷，pH越低，表面所帶正電荷越多，所以靜電引力較大；而三價(jià)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，所以在pH4～7之間，吸附劑X對(duì)水中三價(jià)砷的去除能力遠(yuǎn)比五價(jià)砷的弱；
在pH4～7之間，吸附劑X對(duì)水中三價(jià)砷的去除能力遠(yuǎn)比五價(jià)砷的弱，如果能將三價(jià)砷轉(zhuǎn)化為五價(jià)砷，能有效的去除三價(jià)砷，所以采取的措施是加入氧化劑，將三價(jià)砷轉(zhuǎn)化為五價(jià)砷，
故答案為：在pH4～7之間，吸附劑X表面帶正電，五價(jià)砷主要以H₂AsO₄^-和HAsO₄^2-陰離子存在，靜電引力較大；而三價(jià)砷主要以H₃AsO₃分子存在，與吸附劑X表面產(chǎn)生的靜電引力��；加入氧化劑，將三價(jià)砷轉(zhuǎn)化為五價(jià)砷．

點(diǎn)評(píng) 本題以含有As的物質(zhì)為載體考查弱電解質(zhì)的電離及圖象分析，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握和靈活運(yùn)用、圖象分析判斷能力，明確出題人的目的是解本題關(guān)鍵，難點(diǎn)是圖象的正確理解和分析，題目難度中等．