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，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數（平衡時某物種的濃度占各物種濃度之和的分數）與pH的關系分別如圖-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，當溶液由無色變?yōu)闇\紅色時停止滴加．該過程中主要反應的離子方程式為OH^-+H₃AsO₃=H₂AsO₃^-+H₂O．
②H₃AsO₄第一步電離方程式H₃AsO₄?H₂AsO₄^-+H⁺的電離常數為K_a1，則pK_a1=2.2（p K_a1=-lg K_a1 ）．
（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量吸附劑X吸附砷的質量）如圖-3所示．

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，其原因是在pH7～9之間，隨pH升高H₂AsO₄^-轉變?yōu)镠AsO₄^2-，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對水中三價砷的去除能力遠比五價砷的弱，這是因為在pH4～7之間，吸附劑X表面帶正電，五價砷主要以H₂AsO₄^-和HAsO₄^2-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表面產生的靜電引力�。� 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，將三價砷轉化為五價砷．

Answer 1

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

解答 解：（1）空氣中的CO₂屬于酸性氧化物，能溶于強堿溶液，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根據圖知，堿性條件下H₃AsO₃的濃度減小、H₂AsO₃^-濃度增大，說明堿和H₃AsO₃生成H₂AsO₃^-，該反應為酸堿的中和反應，同時還生成水，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表面所帶負電荷增多，靜電斥力越大，在pH7～9之間，隨pH升高H₂AsO₄^-轉變?yōu)镠AsO₄^2-，吸附劑X表面所帶負電荷增多，靜電斥力增加，導致在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，
故答案為：在pH7～9之間，隨pH升高H₂AsO₄^-轉變?yōu)镠AsO₄^2-，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HAsO₄^2-陰離子存在，pH＜7.1時帶正電荷，pH越低，表面所帶正電荷越多，所以靜電引力較大；而三價砷主要以H₃AsO₃分子存在，與吸附劑X表面產生的靜電引力小，所以在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；
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，如果能將三價砷轉化為五價砷，能有效的去除三價砷，所以采取的措施是加入氧化劑，將三價砷轉化為五價砷，
故答案為：在pH4～7之間，吸附劑X表面帶正電，五價砷主要以H₂AsO₄^-和HAsO₄^2-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表面產生的靜電引力�。患尤胙趸瘎�，將三價砷轉化為五價砷．

點評 本題以含有As的物質為載體考查弱電解質的電離及圖象分析，為高頻考點，側重考查學生對基礎知識的掌握和靈活運用、圖象分析判斷能力，明確出題人的目的是解本題關鍵，難點是圖象的正確理解和分析，題目難度中等．