Question

【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______。

Answer 1

【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。