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 弱 +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+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+和SO42-,结合守恒法写出发生反应的离子方程式;
③Fe将Fe3+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 = 7和pH = 9时产生了强氧化性的O4·和·OH,有利于Fe的氧化,pH = 7和pH = 9时Fe2+和Fe3+完全转化为Fe(OH)2和Fe(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;
② 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x,2x+(-2)×8=-2,解得x=+7,即S2O82中S的化合价是+7;
②零价铁与过硫酸钠反应生成Fe2+和SO42-,则发生反应的离子方程式为Fe+ S2O82 == Fe 2+ +2SO42;
③Fe将Fe3+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(Ⅴ)的机制模型可知,因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),故5 min内pH = 7和pH = 9时去除率高。
【题目】下表为元素周期表的一部分,请回答有关问题:
ⅠA | ⅡA | ⅢA | ⅣA | ⅤA | ⅥA | ⅦA | 0 | |
2 | ① | ② | ||||||
3 | ③ | ④ | ⑤ | ⑥ | ⑦ | ⑧ | ||
4 | ⑨ | ⑩ |
(1)⑤和⑧的元素符号是_______和_______。
(2)元素①的最高价氧化物的电子式是_________________,元素①的某种烃A分子的球棍模型为,则A分子中最多有______个原子共平面。
(3)元素⑦和⑨的最高价氧化物的水化物反应的离子方程式为:____________________。
(4)请用化学方程式表示比较⑦、⑩单质氧化性的强弱:_________________。