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●为主要的自由基，中性及弱碱性条件下●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

(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________________________________。

(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        Fe+ 2Fe³⁺ =3Fe²⁺    pH=7和pH=9时，产生了具有强氧化性的●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)   

【分析】

图中信息显示：能将Fe氧化为Fe²⁺；与Fe²⁺作用，生成具有强氧化性的●和Fe³⁺；●与H₂O或OH^-作用，生成●OH自由基；自由基具有强氧化性，利于形成Fe²⁺和Fe³⁺；在碱性溶液中，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)。

【详解】

(1)①砷与磷的最外层电子数都为5，在元素周期表中位于第VA族，磷位于第三周期，则砷位于第四周期。由此得出砷在元素周期表中的位置是第4周期第VA族。

②磷酸的化学式为H₃PO₄，则砷酸的化学式是H₃AsO₄；同主族元素从上到下，非金属性依次增强，则酸性依次增强，所以其酸性比H₃PO₄弱。答案为：第4周期第VA族；H₃AsO₄；弱；

(2)①由图中可以看出，零价铁与过硫酸钠反应生成和Fe²⁺，离子方程式是。

②Fe³⁺与Fe反应转化为Fe²⁺，离子方程式是Fe+ 2Fe³⁺ =3Fe²⁺。答案为：；Fe+ 2Fe³⁺ =3Fe²⁺；

(3)由信息知，中性及弱碱性条件下●和●OH同时存在，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。由此得出5 min内pH=7和pH=9时去除率高的原因是pH=7和pH=9时，产生了具有强氧化性的●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)。答案为：pH=7和pH=9时，产生了具有强氧化性的●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)。

【点睛】

因为磷与砷是同主族元素，所以我们采用类推法，可确定砷在元素周期表中的位置及最高价含氧酸的化学式。