Question

【題目】水體砷污染已成為一個亟待解決的全球性環境問題，我國科學家研究零價鐵活化過硫酸鈉（Na2S2O8）去除廢水中的正五價砷[As(Ⅴ)]，其機制模型如圖。

資料：

Ⅰ.酸性條件下SO 為主要的自由基，中性及弱堿性條件下SO·和·OH同時存在，強堿性條件下·OH為主要的自由基。

Ⅱ.Fe2+、Fe3+形成氫氧化物沉淀的pH

離子	開始沉淀的pH	沉淀完全的pH
Fe2+	7.04	9.08
Fe3+	1.87	3.27

（1）砷與磷在元素周期表中位于同一主族，其原子比磷多一個電子層。

①砷在元素周期表中的位置是_____。

②砷酸的化學式是_____，其酸性比H3PO4_____（填“強”或“弱”）。

（2）零價鐵與過硫酸鈉反應，可持續釋放Fe2+，Fe2+與S2O反應生成Fe3+和自由基，自由基具有強氧化性，利于形成Fe2+和Fe3+，以確保As(Ⅴ)去除完全。

①零價鐵與過硫酸鈉反應的離子方程式是_____。

②Fe3+轉化為Fe2+的離子方程式是_____。

③SO·和H2O反應的離子方程式是_____。

（3）不同pH對As(Ⅴ)去除率的影響如圖。5min內pH=7和pH=9時去除率高的原因是_____。

Answer 1

【答案】第4周期、第ⅤA族 H3AsO4 弱 Fe+S2O=Fe2++2SO Fe+2Fe3+=3Fe2+ SO·+H2O=·OH+SO+H+ pH=7和pH=9時，產生了具有強氧化性的SO·和·OH，利于生成Fe2+和Fe3+，pH=7和pH=9時，Fe2+和Fe3+形成Fe(OH)2和Fe(OH)3，與As(Ⅴ)發生共沉淀，有效去除As(Ⅴ)

【解析】

（1）①磷元素的原子序數為15，位于元素周期表第3周期ⅤA族，由砷與磷在元素周期表中位于同一主族，其原子比磷多一個電子層；

②砷與磷在元素周期表中位于同一主族，同主族元素性質相似，同主族元素，從上到下非金屬性依次減弱，最高價氧化物對應水化物的酸性減弱；

（2）①由題意可知，零價鐵與過硫酸鈉反應生成Fe2+和SO42-；

②Fe3+具有氧化性，Fe與Fe3+發生氧化還原反應生成Fe2+；

③由題給信息可知，SO4—·和H2O反應生成·OH+SO42—；

（3）結合零價鐵活化過硫酸鈉去除廢水中As(Ⅴ)的機制模型可知，因pH = 7和pH = 9時，產生了具有強氧化性的SO4·和·OH，利于生成Fe2+和Fe3+，Fe2+和Fe3+形成Fe(OH)2和Fe(OH)3，與As(Ⅴ)發生共沉淀。

（1）①磷元素的原子序數為15，位于元素周期表第3周期ⅤA族，由砷與磷在元素周期表中位于同一主族，其原子比磷多一個電子層可知砷位于元素周期表中第4周期ⅤA族，故答案為：第4周期ⅤA族；

②砷與磷在元素周期表中位于同一主族，同主族元素性質相似，則由磷酸分子式可知，砷酸中砷元素的化合價為+5價，化學式是H3AsO4；同主族元素，從上到下非金屬性依次減弱，最高價氧化物對應水化物的酸性減弱，則H3AsO4酸性比H3PO4弱，故答案為：H3AsO4；弱；

（2）①由題意可知，零價鐵與過硫酸鈉反應生成Fe2+和SO42-，反應的離子方程式為Fe+ S2O82=Fe 2+ +2SO42，故答案為：Fe+ S2O82=Fe 2+ +2SO42；

②Fe3+具有氧化性，Fe與Fe3+發生氧化還原反應生成Fe2+，反應的離子方程式為Fe+ 2Fe 3+=3Fe 2+，故答案為：Fe+ 2Fe 3+=3Fe 2+；

③由題給信息可知，SO4—·和H2O反應生成·OH+SO42—，反應的離子方程式是SO·+H2O=·OH+SO+H+，故答案為：SO·+H2O=·OH+SO+H+；

（3）結合零價鐵活化過硫酸鈉去除廢水中As(Ⅴ)的機制模型可知，因pH = 7和pH = 9時，產生了具有強氧化性的SO4·和·OH，利于生成Fe2+和Fe3+，Fe2+和Fe3+形成Fe(OH)2和Fe(OH)3，與As(Ⅴ)發生共沉淀，有效去除As(Ⅴ)，則5 min內pH = 7和pH = 9時去除率高，故答案為：pH=7和pH=9時，產生了具有強氧化性的SO·和·OH，利于生成Fe2+和Fe3+，pH=7和pH=9時，Fe2+和Fe3+形成Fe(OH)2和Fe(OH)3，與As(Ⅴ)發生共沉淀，有效去除As(Ⅴ)。