Question

（17分）工厂中用稀硫酸浸泡某矿石后的溶液中，除了含有大量硫酸外，还含有少量NH₄⁺、Fe^3＋、AsO₄^3－、Cl^－。为除去杂质离子，部分操作流程如下：

请回答问题：

（1）用稀硫酸浸泡某矿石后的溶液中，硫酸的浓度为4.9g·L^－1，则该溶液中的pH约为      。

（2）NH₄⁺在用稀硫酸浸泡某矿石后的溶液中以(NH₄)₂SO₄和NH₄Cl形式存在。现有一份(NH₄)₂SO₄溶液，一份NH₄Cl溶液，(NH₄)₂SO₄溶液中c(NH₄^＋)恰好是NH₄Cl溶液中c(NH₄^＋)的2倍，则c[(NH₄)₂SO₄]    c(NH₄Cl)（填：＜、=或＞）。

（3）随着向废液中投入生石灰（忽略溶液温度的变化），溶液中_______(填“增大”、“减小”或“不变”)。

（4）投入生石灰调节pH到2~3时，大量沉淀主要成分为CaSO₄·2H₂O[含有少量Fe(OH)₃]，提纯CaSO₄·2H₂O的主要操作步骤：向沉淀中加入过量         ，充分反应后，过滤、洗涤、      。

（5）25℃, H₃AsO₄电离常数为K₁=5.6×10^－3_，K₂=1.7×10^－7_，K₃=4.0×10^－12。当溶液中pH调节到8~9时，沉淀主要成分为Ca₃(AsO₄)₂。

①pH调节到8左右Ca₃(AsO₄)₂才开始沉淀的原因是                           。

②Na₃AsO₄第一步水解的平衡常数数值为：            。

③已知：AsO₄^3－+2I^－+2H⁺= AsO₃^3－+I₂+H₂O ，SO₂+I₂+2H₂O=SO₄^2－+2I^－+4H⁺ 。上述两个反应中还原性最强的微粒是        。

Answer

（1）1（2）＜ （3）减小（4）稀硫酸 晾干或干燥 （5）①H3AsO4是弱酸，当溶液中pH调节到8左右，c(AsO43－)增大，Ca3(AsO4)2开始沉淀 ②2.5×10－3 ③SO2 。

【解析】

试题分析：（1）题给硫酸的浓度为4.9g·L－1，则其物质的量浓度为0.05mol/L，从而c(H＋)=0.1mol/L,确定pH=1；（2）离子的浓度越小，水解程度越大，题中(NH4)2SO4溶液中c(NH4＋)恰好是NH4Cl溶液中c(NH4＋)的2倍，所以c[(NH4)2SO4 ] < c(NH4Cl);(3)投入生石灰，溶液中c(OH－)增大，溶液中含有少量的NH4＋,所以比值减小；（4）提纯CaSO4·2H2O，因为含有少量的Fe(OH)3，应向沉淀中加入过量的稀硫酸，经洗涤后在干燥；（5）因为H3AsO4是弱酸，当溶液中pH调节到8左右，c(AsO43－)增大，Ca3(AsO4)2开始沉淀，由水解方程式：AsO43－＋H2O=HAsO42－＋OH－，水解平衡常数Kh=c(HAsO42－)c(OH－)/c(AsO43－),K3=c(AsO42－)c(H+)/c(HAsO42－),KW=c(H+)c(OH－),所以KW=Kh×K3，从而求得水解平衡常数为

2.5×10－3 ；题中的两个氧化还原反应中，还原性：SO2>I－>AsO33－.

考点：结合工艺流程的盐类水解、除杂、及氧化还原反应。