Question

【題目】中南大學(xué)鄭雅杰等3位老師提出“以含砷廢水沉淀還原法制備As2O3”，有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。某工廠(chǎng)含砷廢水含有H3AsO3、H2SO4、Fe2(SO4)3、Bi2(SO4)3等，利用該廢水提取As2O3的流程如圖所示。

表：金屬離子沉淀pH值表格(20℃)

	10-1	10-2	10-3	10-4	10-5
Fe3+	1.8	2.2	2.5	2.9	3.2
Cu2+	4.7	5.2	5.7	6.2	6.7

(1)為了加快中和過(guò)程的速率，可以采取的措施有______________(寫(xiě)出一條合理的措施即可)。

(2)沉淀中的成分，除了Bi(OH)3沉淀外，還有_________。

(3)A可以循環(huán)利用，A的化學(xué)式為_________。在濾液1中，加入NaOH調(diào)節(jié)pH為8的目的是_______。

(4)Cu3(AsO3)2沉淀加入一定量的水調(diào)成漿料，通入SO2，該過(guò)程的化學(xué)反應(yīng)方程式是__________。

(5)按照一定的液固比，將水加入Cu3(AsO3)2沉淀中，調(diào)成漿料。當(dāng)反應(yīng)溫度為25℃，SO2流量為16L/h，液固比、時(shí)間對(duì)砷、銅浸出率的影響如圖甲、乙所示。請(qǐng)選擇最適宜的液固比、反應(yīng)時(shí)間：______________、_______________。

(6)一定條件下，用雄黃(As4S4)制備As2O3的轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖所示。若反應(yīng)中，1mol As4S4(其中As元素的化合價(jià)為+2價(jià))參加反應(yīng)時(shí)，轉(zhuǎn)移28mole-，則物質(zhì)a為_______(填化學(xué)式)。

Answer 1

【答案】適當(dāng)增加氫氧化鈉溶液的濃度或加熱 Fe(OH)3 CuSO4 完全沉淀Cu2+，回收利用銅 Cu3(AsO3)2+3SO2+6H2O=Cu3(SO3)2·2H2O+2H3AsO3+H2SO4 4：1 60min SO2

【解析】

(1)為了加快中和的速率，可以通過(guò)濃度、溫度來(lái)調(diào)節(jié)反應(yīng)的速率。

(2)根據(jù)元素守恒進(jìn)行判斷。

(3)Cu3(SO3)2·2H2O氧化可以得到CuSO4，在流程中可以循環(huán)利用。

(4)根據(jù)氧化還原反應(yīng)中化合價(jià)升降守恒可知S的化合價(jià)升高，根據(jù)信息寫(xiě)出反應(yīng)物和產(chǎn)物并配平方程式。

(5)根據(jù)圖象，砷的浸岀率隨著液固比增加而増加。為了減少銅的浸出，適宜的液固比為4:1。砷浸出率隨反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)而升高，銅浸出率隨反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)而降低。

(6)根據(jù)電子轉(zhuǎn)移相等計(jì)算。

(1)為了加快中和的速率，可以通過(guò)濃度、溫度來(lái)調(diào)節(jié)反應(yīng)的速率，因此可以通過(guò)增加氫氧化鈉溶液的濃度、加熱來(lái)加快化學(xué)反應(yīng)速率。

(2)根據(jù)含砷廢水的成分H3AsO3、H2SO4、Fe2(SO4)3、Bi2(SO4)3等，根據(jù)元素守恒，除了得到Bi(OH)3沉淀外，還有Fe(OH)3沉淀。

(3)Cu3(SO3)2·2H2O氧化可以得到CuSO4，在流程中可以循環(huán)利用。Cu3(AsO3)2為了充分回收砷，使用了過(guò)量硫酸銅，為了減少銅的損失，應(yīng)回收利用銅，用NaOH調(diào)節(jié)廢水pH值至8。

(4)結(jié)合Cu3(AsO3)2中Cu為+2價(jià)，1molCu3(SO3)2·2H2O中有2molCu顯+1價(jià)，1molCu顯+2價(jià)，根據(jù)氧化還原反應(yīng)中化合價(jià)升降守恒可知S的化合價(jià)升高，根據(jù)信息寫(xiě)出反應(yīng)物和產(chǎn)物并配平方程式：Cu3(AsO3)2+3SO2+6H2O=Cu3(SO3)2·2H2O+2H3AsO3+H2SO4。

(5)根據(jù)圖象，砷的浸岀率隨著液固比增加而増加，但同時(shí)銅的浸岀率也隨著液固比増加而升高。為了減少銅的浸出，適宜的液固比為4:1。砷浸出率隨反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)而升高，銅浸出率隨反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)市降低。當(dāng)反應(yīng)為60min時(shí)，砷浸出率較大和銅浸出率較小，繼續(xù)延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，砷、銅浸出率變化不大。因此，選擇60min。

(6)As4S4中As為+2價(jià)、S為-2價(jià)，且As元素被氧化為+3價(jià)的As2O3，1molAs4S4(其中As元素的化合價(jià)為+2價(jià))參加反應(yīng)時(shí)，轉(zhuǎn)移28mole-，由于As的化合價(jià)只升高了1，則S元素化合價(jià)必須升高6價(jià)，即S元素的化合價(jià)由-2升高為+4價(jià)，因此應(yīng)為SO2。