Question

7．對工業(yè)廢水和生活污水進行處理是防止水體污染、改善水質的主要措施之一．
請回答以下問題：
（1）硫酸工廠的酸性廢水中砷（As）元素（主要以弱酸H₃AsO₃形式存在）含量極高，為控制砷的排放，某工廠采用化學沉降法處理含砷廢水．
①已知砷是氮的同族元素，比氮原子多2個電子層，砷在元素周期表的位置為第四周期，第ⅤA族，AsH₃的穩(wěn)定性比NH₃的穩(wěn)定性弱（填“強’’或“弱’’）；
②工業(yè)上采用硫化法（通常用硫化鈉）去除廢水中的砷，生成難溶的三硫化二砷，該反應的離子方程式為2H₃AsO₃+3S^2-+6H⁺=As₂S₃+6H₂O；
（2）砷的常見氧化物有As₂O₃和As₂O₅，其中As₂O₅熱穩(wěn)定性差．根據(jù)下圖寫出As₂O₅分解為As₂O₃的熱化學方程式：As₂O₅（s）=As₂O₃（s）+O₂（g）△H=+295.4kJ•mol^-1．
（3）砷酸鹽可發(fā)生如下反應：AsO₄^3-+2I^-+2H⁺?AsO₃^3-+I₂+H₂O．下圖裝置中，C₁、C₂是石墨電極．
①A中盛有棕色的KI和I₂的混合溶液，B中盛有無色的Na₃AsO₄和Na₃AsO₃的混合溶液，當連接開關K，并向B中滴加濃鹽酸時發(fā)現(xiàn)靈敏電流計G的指針向右偏轉．此時C₂上發(fā)生的電極反應是AsO₄^3-+2H⁺+2e^-=AsO₃^3-+H₂O．
②該電池工作時，當外電路轉移4N_A e^-時生成2mol I₂．
（4）利用（3）中反應可測定含As₂O₃和As₂O₅的試樣中的各組分含量（所含雜質對測定無影響），過程如下：
①將試樣溶于NaOH溶液，得到含AsO₄^3-和AsO₃^3-的混合溶液．已知：As₂O₃與NaOH溶液反應生成AsO₃^3-，則As₂O₅與NaOH溶液反應的離子方程式是As₂O₅+6OH^-═2AsO₄^3-+3H₂O；
②上述混合液用0.02500mol•L^-1的I₂溶液滴定，消耗I₂溶液20.00mL．滴定完畢后，使溶液呈酸性，加入過量的KI，析出的I₂又用0.1000mol•L^-1的Na₂S₂O₃溶液滴定，消耗Na₂S₂O₃溶液30.00mL．（ 已知2Na₂S₂O₃+I₂=Na₂S₄O₆+2NaI，M_As=75）試樣中As₂O₅的質量是0.115g．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)電子層數(shù)=周期數(shù)，最外層電子數(shù)=族序數(shù)來回答；同主族，氰化物的穩(wěn)定性從上到下逐漸減弱；
②根據(jù)信息：硫化鈉可以和廢水中的砷反應，生成難溶性的三硫化二砷來書寫方程式；
（2）As₂O₅分解為As₂O₃需要吸收的熱量為-619kJ/mol-（-914.6kJ/mol）=+295.4 kJ•mol^-1，以此書寫熱化學方程式；
（3）①發(fā)生AsO₄^3-+2I^-+2H⁺?AsO₃^3-+I₂+H₂O，C₁棒為負極，發(fā)生2I^--2e^-=I₂，C₂為正極發(fā)生還原反應；
②根據(jù)反應AsO₄^3-+2I^-+2H⁺?AsO₃^3-+I₂+H₂O，每生成1mol碘單質要轉移2mol電子，據(jù)此計算；
（4）①根據(jù)As₂O₅與NaOH溶液反應生成鹽和水書寫離子方程式；
②上述混合液用0.02500mol•L^-1的I₂溶液滴定，消耗I₂溶液20.00mL，根據(jù)AsO₃^3-+I₂+H₂O═AsO₄^3-+2I^-+2H⁺反應，則消耗AsO₃^3-的物質的量為0.02500mol•L^-1×20.00×10^-3L=5×10^-4mol，新生成的AsO₄^3-的物質的量也為5×10^-4mol；設原As₂O₅ 的物質的量：x，由As₂O₅ $\stackrel{NaOH}{→}$2AsO₄^3-，則由As₂O₅ 與氫氧化鈉反應生成的AsO₄^3-的物質的量為2x，后又加入過量的KI，又發(fā)生AsO₄^2-+2I^-+2H⁺═AsO₃^2-+I₂+H₂O，析出的I₂又用0.1000mol•L^-1的Na₂S₂O₃溶液滴定，發(fā)生反應為I₂+2Na₂S₂O₃=2NaI+Na₂S₄O₆，消耗Na₂S₂O₃溶液30.00mL，所以有AsO₄^3-～I₂～2Na₂S₂O₃，據(jù)消耗的Na₂S₂O₃計算．

解答 解：（1）①As電子層數(shù)=周期數(shù)=4，最外層電子數(shù)=族序數(shù)=5，所以As位于第四周期，第ⅤA族，同主族，氫化物的穩(wěn)定性從上到下逐漸減弱，所以AsH₃的穩(wěn)定性比NH₃的穩(wěn)定性弱，
故答案為：第四周期，第ⅤA族；弱；
②根據(jù)信息：硫化鈉可以和廢水中的砷反應，生成難溶性的三硫化二砷，據(jù)此得到反應的離子方程式為：2H₃AsO₃+3S^2-+6H⁺=As₂S₃+6H₂O，
故答案為：2H₃AsO₃+3S^2-+6H⁺=As₂S₃+6H₂O；
（2）由圖象可知，As₂O₅分解為As₂O₃需要吸收的熱量為-619kJ/mol-（-914.6kJ/mol）=+295.4 kJ•mol^-1，則熱化學方程式As₂O₅（s）=As₂O₃（s）+O₂（g）△H=+295.4 kJ•mol^-1，
故答案為：As₂O₅（s）=As₂O₃（s）+O₂（g）△H=+295.4 kJ•mol^-1；
（3）①B中滴加濃鹽酸時發(fā)生AsO₄^3-+2I^-+2H⁺?AsO₃^3-+I₂+H₂O，A中C₁棒為負極，發(fā)生2I^--2e^-=I₂，C₂為正極發(fā)生還原反應，電極反應為AsO₄^3-+2H⁺+2e^-=AsO₃^3-+H₂O，
故答案為：AsO₄^3-+2H⁺+2e^-=AsO₃^3-+H₂O；
②根據(jù)反應AsO₄^3-+2I^-+2H⁺?AsO₃^3-+I₂+H₂O，每生成1mol碘單質要轉移2mol電子，所以當外電路轉移4N_A e^-時生成2mol I₂，
故答案為：2；
（4）①因為As₂O₅為堿性氧化物，與NaOH溶液反應生成鹽和水，所以離子方程式為：As₂O₅+6OH^-═2AsO₄^3-+3H₂O，
故答案為：As₂O₅+6OH^-═2AsO₄^3-+3H₂O；
②上述混合液用0.02500mol•L^-1的I₂溶液滴定，消耗I₂溶液20.00mL，根據(jù)AsO₃^3-+I₂+H₂O═AsO₄^3-+2I^-+2H⁺反應，則消耗AsO₃^3-的物質的量為0.02500mol•L^-1×20.00×10^-3L=5×10^-4mol，新生成的AsO₄^3-的物質的量也為5×10^-4mol；設原As₂O₅ 的物質的量：x，由As₂O₅ $\stackrel{NaOH}{→}$2AsO₄^3-，則由As₂O₅ 與氫氧化鈉反應生成的AsO₄^3-的物質的量為2x，后又加入過量的KI，又發(fā)生AsO₄^2-+2I^-+2H⁺═AsO₃^2-+I₂+H₂O，析出的I₂又用0.1000mol•L^-1的Na₂S₂O₃溶液滴定，發(fā)生反應為I₂+2Na₂S₂O₃=2NaI+Na₂S₄O₆，消耗Na₂S₂O₃溶液30.00mL，
所以有AsO₄^3-～I₂～2Na₂S₂O₃
       1              2
2x+5×10^-4     0.1×30×10^-3   
解得：x=0.0005 mol
m（As₂O₅）=0.0005×230=0.115 g
故答案為：0.115．

點評 本題考查較綜合，涉及元素的位置及元素周期律、熱化學方程式、原電池的工作原理等，注重高考高頻考點的考查，側重學生分析能力及知識遷移應用能力的考查，（4）為解答的難點，題目難度中等．