Question

【題目】飲用水中含有砷會導致砷中毒，金屬冶煉過程產生的含砷有毒廢棄物需處理與檢測。冶煉廢水中砷元素主要以亞砷酸(H3AsO3)形式存在，可用化學沉降法處理酸性高濃度含砷廢水，其工藝流程如下：

已知：①As2S3與過量的S2-存在反應：As2S3(s)+3S2-(aq)2(aq)；

②亞砷酸鹽的溶解性大于相應砷酸鹽。

(1)砷在元素周期表中的位置為_______；AsH3的電子式為______；

(2)下列說法正確的是_________；

a.酸性：H2SO4>H3PO4>H3AsO4

b.原子半徑：S>P>As

c.第一電離能：S<P<As

(3)沉淀X為__________(填化學式)；

(4)“一級沉砷”中FeSO4的作用是________。

(5)“二級沉砷”中H2O2與含砷物質反應的化學方程式為__________；

(6)關于地下水中砷的來源有多種假設，其中一種認為富含砷的黃鐵礦(FeS2)被氧化為Fe(OH)3，同時生成，導致砷脫離礦體進入地下水。FeS2被O2氧化的離子方程式為______________。

Answer 1

【答案】第四周期第VA族 a CaSO4 沉淀過量的S2-，使As2S3(s)+3S2-(aq)2(aq)平衡逆向移動，使一級沉砷更完全 H3AsO3+H2O2= H3AsO4+H2O 4FeS2+15O2+14H2O=4Fe(OH)3+8+16H+

【解析】

廢水中砷元素主要以亞砷酸(H3AsO3)形式存在，加入硫化鈉生成As2S3沉淀，為防止As2S3與硫離子反應再次溶解，所以再加入硫酸亞鐵除去過量的硫離子，過濾得到As2S3和FeS，濾液中加入過氧化氫將亞砷酸氧化成砷酸，亞鐵離子氧化成鐵離子，再加入CaO沉淀砷酸根、鐵離子、硫酸根，得到Ca2(AsO4)2、FeAsO4、Fe(OH)3、CaSO4沉淀和低濃度含砷廢水。

(1)As元素為33號元素，與N元素同主族，位于第四周期第VA族；AsH3和氨氣分子結構相同為共價化合物，砷原子和三個氫原子形成三個As-H鍵，電子式為：；

(2)a．同周期主族元素自左而右非金屬性增強，最高價氧化物對應水化物酸性增強，同主族自上而下非金屬性減弱，最高價氧化物對應水化物酸性減弱，酸性：H2SO4＞H3PO4＞H3AsO4，故a正確；

b．同周期主族元素自左而右原子半徑減小，同主族自上而下原子半徑依次增大，原子半徑：As＞P＞S，故b錯誤；

c．同主族元素自上而下第一電離能減小，P和S同周期，但是P原子3p能級為半滿狀態，更穩定，第一電離能更大，所以第一電離能P>S>As，故c錯誤；

綜上所述選a；

(3)根據分析可知沉淀為微溶物CaSO4；

(4)As2S3與過量的S2-存在反應：As2S3(s)+3S2-(aq)2(aq)，所以需要加入FeSO4除去過量的硫離子，使平衡逆向移動，一級沉砷更完全；

(5)含砷物質物質為H3AsO3，加入過氧化氫可以將其氧化成H3AsO4，根據電子守恒和元素守恒可得化學方程式為H3AsO3+H2O2= H3AsO4+H2O；

(6)根據題意可知FeS2被O2氧化生成Fe(OH)3、，根據元素守恒可知反應物應該還有H2O，FeS2整體化合價升高15價，一個O2降低4價，所以二者的系數比為4:15，再根據元素守恒可得離子方程式為4FeS2+15O2+14H2O=4Fe(OH)3+8+16H+。