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)]，其機制模型如下。

零價鐵活化過硫酸鈉去除廢水中As(Ⅴ)的機制模型

資料：

Ⅰ．酸性條件下SO4·為主要的自由基，中性及弱堿性條件下SO4·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S2O82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。

①S2O82中S的化合價是______。

②零價鐵與過硫酸鈉反應的離子方程式是______。

③Fe3+轉化為Fe2+的離子方程式是______。

（3）不同pH對As(Ⅴ)去除率的影響如圖。5 min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 +7 Fe+ S2O82 == Fe 2+ +2SO42 Fe+ 2Fe 3+ == 3Fe 2+ 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+，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磷核電荷數為15，在元素周期表中的位置是第3周期、第ⅤA族；

②磷酸的化學式為H3PO4，同主族元素核電荷數越大，非金屬性越弱，其最高價氧化物水化物的酸性越弱；

（2）零價鐵與過硫酸鈉反應，可持續釋放Fe2+，Fe2+與S2O82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。

①S2O82中氧元素為-2價，設S的化合價是x，結合正負化合價代數和為-2計算；

②零價鐵與過硫酸鈉反應生成Fe2+和SO42-，結合守恒法寫出發生反應的離子方程式；

③Fe將Fe3+還原為Fe2+，結合守恒法寫出發生反應的離子方程式；

（3）由模型可知pH = 7和pH = 9時產生了強氧化性的O4·和·OH，有利于Fe的氧化，pH = 7和pH = 9時Fe2+和Fe3+完全轉化為Fe(OH)2和Fe(OH)3，易除去；

（1）①磷核電荷數為15，在元素周期表中的位置是第3周期、第ⅤA族，則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價為+5價，其化學式是H3AsO4，因As非金屬性比P弱，則其酸性比H3PO4弱；

（2）①S2O82中氧元素為-2價，設S的化合價是x，2x+（-2）×8=-2，解得x=+7，即S2O82中S的化合價是+7；

②零價鐵與過硫酸鈉反應生成Fe2+和SO42-，則發生反應的離子方程式為Fe+ S2O82 == Fe 2+ +2SO42；

③Fe將Fe3+還原為Fe2+，發生反應的離子方程式為Fe+ 2Fe 3+ == 3Fe 2+；

（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+，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)，故5 min內pH = 7和pH = 9時去除率高。