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砷、锑、铋的氧化物及其水合物


实验室k / 2019-03-05

       砷、锑、铋的氧化物有两类:氧化数为+Ⅲ的有As2O3、Sb2O3和Bi2O3,氧化数为+Ⅴ的有As2O5和Sb2O5。直接燃烧砷锑铋单质能得到M2O3,而M2O5则是由其单质用浓硝酸氧化所得的相应水合物脱水而制得。

4M+3O2=M4O6(M为As、Sb)

4Bi+3O2=2Bi2O3

3As+5HNO3+2H2O=3H3AsO4+5NO

6Sb+10HNO3+3xH2O=3Sb2O5·xH2O+10NO↑+5H2O

Sb2O5·xH2O=(加热)Sb2O5+xH2O

硝酸只能把铋氧化成Bi(NO3)3,

Bi+4HNO3=Bi(NO3)3+NO+2H2O

五氧化二铋只有在碱性介质中用较强的氧化剂如Cl2氧化Bi(Ⅲ)化合物生成NaBiO3

Bi(OH)3+Cl2+3NaOH=NaBiO3+2NaCl+3H2O

以酸处理NaBiO3则得红棕色的Bi2O5,它极不稳定很快地分解为Bi2O3和O2。

       As2O3是砷的重要化合物,俗称砒霜,是剧毒的白色粉状固体,致死量为0.1g。As2O3中毒时,可服用新制的Fe(OH)2(用MgO和FeSO4溶液强烈摇动制得)悬浮液来解毒。可用于制造杀虫剂、除草剂以及含砷药物。As2O3微溶于水生成亚砷酸,亚砷酸仅存在于溶液中。As2O3是两性偏酸性氧化物,因此它易溶于碱,生成亚砷酸盐。

       砷(Ⅲ)、锑(Ⅲ)、铋(Ⅲ)的氧化物水合物的酸碱性与它们的氧化物相似,按照H3AsO3—Sb(OH)3—Bi(OH)3顺序酸性依次减弱。现将砷分族元素氧化物及其水合物的酸碱性归纳于表13-7。

表13-7  砷、锑、铋氧化物及其水合物的酸碱性

   
氧化数 +Ⅲ

As2O3

H3AsO3

两性偏酸性

Sb2O3

Sb(OH)3

两性

Bi2O3

Bi(OH)3

弱碱性

氧化数 +Ⅴ

As2O5

H3AsO4

弱酸性

Sb2O5

H[Sb(OH)6]

两性偏酸性

  酸碱性的递变规律

(1)从As到Bi碱性递增酸性递减;

(2)同一元素+Ⅴ氧化态的酸性比+Ⅲ氧化态的强。

   

       As()、Sb()、Bi()的卤化物和其它强酸所形成的盐,在溶液中都强烈地水解,因为它们相应的氧化物的水合物不是弱酸便是弱碱。例如卤化砷水解后生成相应的氢卤酸和亚砷酸。

AsX3+3H2O=H3AsO3+3HX

锑和铋的氧化数为+的盐水解后生成难溶的锑和铋的酰基盐:

随着As—Sb—Bi顺序碱性逐渐增强,共水解程度逐渐减弱。由于Sb()和Bi()的酰基盐是难溶的,所以锑和氧化数为+的盐在常温时水解进行得并不完全,通常就停留在酰基盐的阶段。

       砷分族按As—Sb—Bi顺序+氧化态的特征逐渐增强,形成稳定的Bi()化合物是铋的特征。氧化态为+Ⅴ的铋酸钠是一种很强的氧化剂,能把Mn2+离子氧化为MnO4-离子。

2Mn2+5BiO3-14H+=2MnO4-5Bi3+7H2O

而砷的氧化数为+的亚砷酸盐是还原剂,能还原象碘这样弱的氧化剂,

AsO33-+I2+2OH-  AsO43-2I-H2O

上述这两个反应都与溶液的酸度有关,后一反应必须在弱酸性介质中才能进行,若溶液的酸性较强,反应的方向会发生改变,I2就不可能氧化AsO33-,因为电对AsO43-/AsO33-的电极电势数值随着溶液pH值的降低而变大。

电对I2/I-的电极电势在一定pH范围内无变化。这两个电对的电极电势随溶液的pH而变化的情况见图13-11。从图中可看出,在较强酸性溶液中H3AsO4可以氧化I-,而在弱酸性时H3AsO3才可能还原I2,实际上,反应是在pH=5~9时较为适宜,pH小于4反应不完全,pH大于9时会引起I2的歧化反应。


       总之,砷、锑、铋三元素的氧化态为+Ⅲ的化合物具有还原性,氧化态为+Ⅴ的化合物具有氧化性,其变化规律如下:


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