题目内容

【题目】水体砷污染已成为一个亟待解决的全球性环境问题,我国科学家研究零价铁活化过硫酸钠(Na2S2O8)去除废水中的正五价砷[As(Ⅴ)],其机制模型如下。

零价铁活化过硫酸钠去除废水中As(Ⅴ)的机制模型

资料:

Ⅰ.酸性条件下SO4·为主要的自由基,中性及弱碱性条件下SO4·和·OH同时存在,强碱性条件下·OH为主要的自由基。

Ⅱ.Fe2+、Fe3+形成氢氧化物沉淀的pH

离子

开始沉淀的pH

沉淀完全的pH

Fe2+

7.04

9.08

Fe3+

1.87

3.27

(1)砷与磷在元素周期表中位于同一主族,其原子比磷多一个电子层。

① 砷在元素周期表中的位置是______

② 砷酸的化学式是______,其酸性比H3PO4______(填“强”或“弱”)。

(2)零价铁与过硫酸钠反应,可持续释放Fe2+,Fe2+与S2O82反应生成Fe3+和自由基,自由基具有强氧化性,利于形成Fe2+和Fe3+,以确保As(Ⅴ)去除完全。

①S2O82中S的化合价是______

②零价铁与过硫酸钠反应的离子方程式是______

③Fe3+转化为Fe2+的离子方程式是______

(3)不同pH对As(Ⅴ)去除率的影响如图。5 min内pH = 7和pH = 9时去除率高的原因是______

【答案】第4周期、第ⅤA族 H3AsO4 +7 Fe+ S2O82 == Fe 2+ +2SO42 Fe+ 2Fe 3+ == 3Fe 2+ pH = 7和pH = 9时,产生了具有强氧化性的SO4·和·OH,利于生成Fe2+和Fe3+,pH = 7和pH = 9时,Fe2+和Fe3+形成Fe(OH)2和Fe(OH)3,与As(Ⅴ)发生共沉淀,有效去除As(Ⅴ)

【解析】

1)①磷核电荷数为15,在元素周期表中的位置是第3周期、第ⅤA族;

②磷酸的化学式为H3PO4,同主族元素核电荷数越大,非金属性越弱,其最高价氧化物水化物的酸性越弱;

2)零价铁与过硫酸钠反应,可持续释放Fe2+Fe2+S2O82反应生成Fe3+和自由基,自由基具有强氧化性,利于形成Fe2+Fe3+,以确保As()去除完全。

S2O82中氧元素为-2价,设S的化合价是x,结合正负化合价代数和为-2计算;

②零价铁与过硫酸钠反应生成Fe2+SO42-,结合守恒法写出发生反应的离子方程式;

FeFe3+还原为Fe2+,结合守恒法写出发生反应的离子方程式;

3)由模型可知pH = 7pH = 9时产生了强氧化性的O4··OH,有利于Fe的氧化,pH = 7pH = 9Fe2+Fe3+完全转化为Fe(OH)2Fe(OH)3,易除去;

1)①磷核电荷数为15,在元素周期表中的位置是第3周期、第ⅤA族,则砷在元素周期表中的位置是第4周期、第ⅤA族;

砷酸中砷元素的化合价为+5价,其化学式是H3AsO4,因As非金属性比P弱,则其酸性比H3PO4弱;

2)①S2O82中氧元素为-2价,设S的化合价是x2x+-2×8=-2,解得x=+7,即S2O82S的化合价是+7

②零价铁与过硫酸钠反应生成Fe2+SO42-,则发生反应的离子方程式为Fe+ S2O82 == Fe 2+ +2SO42

FeFe3+还原为Fe2+,发生反应的离子方程式为Fe+ 2Fe 3+ == 3Fe 2+

3)结合零价铁活化过硫酸钠去除废水中As()的机制模型可知,因pH = 7pH = 9时,产生了具有强氧化性的SO4··OH,利于生成Fe2+Fe3+pH = 7pH = 9时,Fe2+Fe3+形成Fe(OH)2Fe(OH)3,与As()发生共沉淀,有效去除As(),故5 minpH = 7pH = 9时去除率高。

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