Question

【题目】砷(As)是一些工厂和矿山废水中的污染元素，使用吸附剂是去除水中砷的有效措施之一。

（1）将硫酸锰、硝酸钇与氢氧化钠溶液按一定比例混合，搅拌使其充分反应，可获得一种砷的高效吸附剂X，吸附剂X中含有CO32-，其原因是____。

（2）H3AsO3和H3AsO4水溶液中含砷的各物种的分布分数(平衡时某物种的浓度占各物种浓度之和的分数)与pH的关系分别如图1和图2所示。

①以酚酞为指示剂(变色范围pH8.0～10.0)，将NaOH溶液逐滴加入H3AsO3溶液中，当溶液由无色变为浅红色时停止滴加。该过程中主要反应的离子方程式为____。

②H3AsO4第一步电离方程式H3AsO4H2AsO4-＋H＋的电离常数为Ka1，则pKa1＝___(pKa1＝－lgKa1)。

（3）溶液的pH对吸附剂X表面所带电荷有影响。pH＝7.1时，吸附剂X表面不带电荷；pH＞7.1时带负电荷，pH越高，表面所带负电荷越多；pH＜7.1时带正电荷，pH越低，表面所带正电荷越多。pH不同时吸附剂X对三价砷和五价砷的平衡吸附量(吸附达平衡时单位质量吸附剂X吸附砷的质量)如图3所示。

①在pH7～9之间，吸附剂X对五价砷的平衡吸附量随pH升高而迅速下降，其原因是___。

②吸附剂X对水中三价砷的去除能力远比五价砷的弱，这是因为___，提高吸附剂X对三价砷去除效果可采取的措施是___。

Answer 1

【答案】碱性溶液吸收了空气中的CO2 OH－＋H3AsO3=H2AsO3-＋H2O 2.2 在pH7～9之间，随pH升高H2AsO4-转变为HAsO42-，吸附剂X表面所带负电荷增多，静电斥力增强 在pH4～7之间，吸附剂X表面带正电荷，五价砷主要以H2AsO4-和HAsO42-阴离子存在，静电引力较大；而三价砷主要以H3AsO3分子存在，与吸附剂X表面产生的静电引力小 加入氧化剂，将三价砷转化为五价砷

【解析】

(1)氢氧化钠溶液吸收二氧化碳生成碳酸钠和水。

（2）①当溶液由无色变为浅红色时停止滴加，溶液pH为8～10，H3AsO3减少、H2AsO3-增多；

②Ka1＝，K仅与温度有关；

（3）①pH＞7.1时吸附剂X表面带负电荷，pH越高，表面所带负电荷越多；

②在pH4～7之间，吸附剂X表面带正电荷，五价砷主要以H2AsO4-和HAsO42-阴离子存在；而三价砷主要以H3AsO3分子存在。

（1）吸附剂X中含有NaOH溶液，能吸收空气中的CO2生成CO32-。

（2）①图1中pH为8～10时，三价砷物种主要以H3AsO3和H2AsO3-的形式存在，故滴加NaOH溶液的过程中主要反应的离子方程式为OH－＋H3AsO3=H2AsO3-＋H2O。

②Ka1＝，K仅与温度有关，为方便计算，在图2中取pH＝2.2时计算，此时c(H2AsO4-)＝c(H3AsO4)，则Ka1＝c(H＋)＝10－2.2，pKa1＝2.2。

（3）①从图2知，pH由7升至9时，H2AsO4-转变为HAsO42-，由题中信息知，pH＞7.1时，pH越高，吸附剂X所带负电荷越多，则吸附剂X与HAsO42-的静电斥力增强。

②在pH为4～7时，吸附剂X表面带正电荷，从图2知，pH在4～7之间时，吸附剂X吸附H2AsO4-和HAsO42-；从图1知，pH在4～7之间时，三价砷主要以分子形式存在，二者静电引力小。加入氧化剂，可以将三价砷转化为五价砷，而被吸附剂X吸附。