As（0）、As（Ⅲ）和As（Ⅴ）分别表示砷单质、三价砷和五价砷的化合物。硫酸厂产生的酸性废水中含有超标的H3AsO3，需处理达标后才能排放。目前含砷废水的处理常用石灰中和-PFS、氧化吸附、纳米级零价铁等方法。
（1）石灰中和-PFS法，处理过程如下：
含砷废水经氧化后，加入石灰乳，在相同时间内，废水中沉降的固体、砷的去除率与溶液pH的关系如图1所示。H3AsO4水溶液中含砷微粒的物质的量分布分数与pH的关系如图2所示。已知此温度下，Ca（H2AsO4）2溶于水，Ksp（FeAsO4）=5.7×10-21，Ksp[Ca3（AsO4）2]=6.8×10-19，Ksp（CaHAsO4）=8.4×10-4。
①一级沉降时，当pH=2，废水中开始产生沉淀，该沉淀主要成分的化学式为CaSO4CaSO4。pH调节到8时，开始产生Ca3（AsO4）2沉淀，原因是pH增大，促进HAsO42-电离，使溶液中c（AsO43-）增大，pH调节到8时，Qc=c3（Ca2+）•c2（AsO43-）＞Ksp[Ca3（AsO4）2]，产生Ca3（AsO4）2沉淀pH增大，促进HAsO42-电离，使溶液中c（AsO43-）增大，pH调节到8时，Qc=c3（Ca2+）•c2（AsO43-）＞Ksp[Ca3（AsO4）2]，产生Ca3（AsO4）2沉淀。
②二级沉降中，保持溶液pH在8～10之间。加入PFS（聚合硫酸铁，[Fe2（OH）2n（SO4）3-n]m）形成的Fe（OH）3胶体粒子与含砷微粒反应可提高砷的去除率，其主要反应的离子方程式为HAsO42-+Fe（OH）3=FeAsO4+H2O+2OH-HAsO42-+Fe（OH）3=FeAsO4+H2O+2OH-．
（2）氧化吸附法：新生态MnO2悬浊液具有较强的氧化性，能将As（Ⅲ）氧化为As（Ⅴ），也具有较强的吸附性，能吸附水体中的H+而带正电荷。所带正电荷越多，吸附含砷微粒的能力越强。pH不同时，新生态MnO2悬浊液对砷去除率如图3所示。
①加入新生态MnO2悬浊液使废水中H3AsO3转化为H3AsO4，反应的离子方程式为MnO2+H3AsO3+2H+=H3AsO4+Mn2++H2OMnO2+H3AsO3+2H+=H3AsO4+Mn2++H2O。
②pH从3增大到7的过程中，随着pH增大，砷的去除率上升。其原因是pH＜7前，随着pH增大，新生态MnO2吸附的H+所带正电荷减少，吸附能力减小，但有更多的H3AsO4转化为H2AsO4-和HAsO42-，溶液中带负电荷的粒子增多，易被吸附，使得吸附能力增大，吸附能力增大的幅度大于吸附能力减小的幅度，整体上吸附能力增大，砷的去除率上升pH＜7前，随着pH增大，新生态MnO2吸附的H+所带正电荷减少，吸附能力减小，但有更多的H3AsO4转化为H2AsO4-和HAsO42-，溶液中带负电荷的粒子增多，易被吸附，使得吸附能力增大，吸附能力增大的幅度大于吸附能力减小的幅度，整体上吸附能力增大，砷的去除率上升。
（3）纳米级零价铁法：纳米级零价铁具有强吸附性和还原性，可直接处理有氧条件下含As（Ⅲ）较多的废水。处理后在纳米级零价铁表面有大量的As（0），外围有大量的As（Ⅴ）。产生As（0）的原理如图4所示。请描述产生As（0）、As（Ⅴ）的过程：纳米级零价铁吸附了水体中的砷的化合物，零价铁有强还原性，失去电子给As（Ⅲ），使其被还原为As（0），自身被氧化为Fe2+；Fe2+被水体中的氧气氧化为Fe3+，Fe3+将As（Ⅲ）氧化为As（V）纳米级零价铁吸附了水体中的砷的化合物，零价铁有强还原性，失去电子给As（Ⅲ），使其被还原为As（0），自身被氧化为Fe2+；Fe2+被水体中的氧气氧化为Fe3+，Fe3+将As（Ⅲ）氧化为As（V）。
【考点】制备实验方案的设计．
【答案】CaSO4；pH增大，促进HAsO42-电离，使溶液中c（AsO43-）增大，pH调节到8时，Qc=c3（Ca2+）•c2（AsO43-）＞Ksp[Ca3（AsO4）2]，产生Ca3（AsO4）2沉淀；HAsO42-+Fe（OH）3=FeAsO4+H2O+2OH-；MnO2+H3AsO3+2H+=H3AsO4+Mn2++H2O；pH＜7前，随着pH增大，新生态MnO2吸附的H+所带正电荷减少，吸附能力减小，但有更多的H3AsO4转化为H2AsO4-和HAsO42-，溶液中带负电荷的粒子增多，易被吸附，使得吸附能力增大，吸附能力增大的幅度大于吸附能力减小的幅度，整体上吸附能力增大，砷的去除率上升；纳米级零价铁吸附了水体中的砷的化合物，零价铁有强还原性，失去电子给As（Ⅲ），使其被还原为As（0），自身被氧化为Fe2+；Fe2+被水体中的氧气氧化为Fe3+，Fe3+将As（Ⅲ）氧化为As（V）
【解答】
【点评】
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发布：2024/4/20 14:35:0组卷：41引用：1难度：0.3
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1．硫铁矿烧渣是硫铁矿生产硫酸过程中产生的工业废渣（主要含Fe2O3及少量SiO2、Al2O3等杂质）．用该烧渣制取药用辅料--红氧化铁的工艺流程如下：
（1）在“还原焙烧”中产生的有毒气体可能有．
（2）“酸浸”时间一般不超过20min,若在空气中酸浸时间过长，溶液中Fe2+含量将下降，其原因是（用离子方程式表示）．
（3）根据下表数据：
在“除杂”步骤中，为除去Fe3+和Al3+，溶液的pH最大值应小于氢氧化物 Al（OH）3 Fe（OH）3 Fe（OH）2 开始沉淀的pH 3.10 2.01 7.11 完全沉淀的pH 4.77 3.68 9.61 ，检验
Fe3+已经除尽的试剂是．
（4）“中和合成”的目的是将溶液中Fe2+转变为碳酸亚铁沉淀，则操作B是．
（5）煅烧A的反应方程式是．
（6）a g烧渣经过上述工艺可得红氧化铁b g.药典标准规定，制得的红氧化铁中含氧化铁不得少于98.0%，则所选用的烧渣中铁的质量分数应不低于（用含a、b的表达式表示）．发布：2025/1/19 8:0:1组卷：5引用：1难度：0.5 -
2．硫铁矿烧渣是硫铁矿生产硫酸过程中产生的工业废渣（主要含Fe2O3及少量SiO2、Al2O3、CaO、MgO等杂质）．用该烧渣制取药用辅料--红氧化铁的工艺流程如图：
（1）在“还原焙烧”中产生的有毒气体可能有．
（2）“酸浸”时间一般不超过20min,若在空气中酸浸时间过长，溶液中Fe2+含量将下降，其原因是（用离子方程式表示）．
（3）根据下表数据：
在“除杂”步骤中，为除去Fe3+和Al3+，溶液的pH最大值应小于氢氧化物 Al（OH）3 Mg（OH）2 Fe（OH）3 Fe（OH）2 开始沉淀的pH 3.10 8.54 2.01 7.11 完全沉淀的pH 4.77 11.04 3.68 9.61 ，检验Fe3+已经除尽的试剂是；当pH=5时，溶液中c（Al3+）=mol•L-1（已知常温下Ksp[Al（OH）3]=2.0×10-33）．
（4）“中和合成”的目的是将溶液中Fe2+转变为碳酸亚铁沉淀，则A的操作是．
（5）a g烧渣经过上述工艺可得红氧化铁b g.药典标准规定，制得的红氧化铁中含氧化铁不得少于98.0%，则所选用的烧渣中铁的质量分数应不低于（用含a、b的表达式表示）．发布：2025/1/19 8:0:1组卷：114引用：4难度：0.5 -
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