Question

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)]，其机制模型如图。

资料：

Ⅰ.酸性条件下SO 为主要的自由基，中性及弱碱性条件下SO·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
Fe^2+	7.04	9.08
Fe^3+	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S₂O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。

①零价铁与过硫酸钠反应的离子方程式是_____。

②Fe³⁺转化为Fe²⁺的离子方程式是_____。

③SO·和H₂O反应的离子方程式是_____。

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

Answer

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时，产生了具有强氧化性的SO·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磷元素的原子序数为15，位于元素周期表第3周期ⅤA族，由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；

②砷与磷在元素周期表中位于同一主族，同主族元素性质相似，同主族元素，从上到下非金属性依次减弱，最高价氧化物对应水化物的酸性减弱；

（2）①由题意可知，零价铁与过硫酸钠反应生成Fe2+和SO42-；

②Fe3+具有氧化性，Fe与Fe3+发生氧化还原反应生成Fe2+；

③由题给信息可知，SO4—·和H2O反应生成·OH+SO42—；

（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+，Fe2+和Fe3+形成Fe(OH)2和Fe(OH)3，与As(Ⅴ)发生共沉淀。

（1）①磷元素的原子序数为15，位于元素周期表第3周期ⅤA族，由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可知砷位于元素周期表中第4周期ⅤA族，故答案为：第4周期ⅤA族；

②砷与磷在元素周期表中位于同一主族，同主族元素性质相似，则由磷酸分子式可知，砷酸中砷元素的化合价为+5价，化学式是H3AsO4；同主族元素，从上到下非金属性依次减弱，最高价氧化物对应水化物的酸性减弱，则H3AsO4酸性比H3PO4弱，故答案为：H3AsO4；弱；

（2）①由题意可知，零价铁与过硫酸钠反应生成Fe2+和SO42-，反应的离子方程式为Fe+ S2O82−=Fe 2+ +2SO42−，故答案为：Fe+ S2O82−=Fe 2+ +2SO42−；

②Fe3+具有氧化性，Fe与Fe3+发生氧化还原反应生成Fe2+，反应的离子方程式为Fe+ 2Fe 3+=3Fe 2+，故答案为：Fe+ 2Fe 3+=3Fe 2+；

③由题给信息可知，SO4—·和H2O反应生成·OH+SO42—，反应的离子方程式是SO·+H2O=·OH+SO+H+，故答案为：SO·+H2O=·OH+SO+H+；

（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+，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)，则5 min内pH = 7和pH = 9时去除率高，故答案为：pH=7和pH=9时，产生了具有强氧化性的SO·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)。