砷、銻、鉍的氧化物有兩類:氧化數(shù)為+Ⅲ的有As2O3、Sb2O3和Bi2O3,氧化數(shù)為+Ⅴ的有As2O5和Sb2O5。直接燃燒砷銻鉍單質(zhì)能得到M2O3,而M2O5則是由其單質(zhì)用濃硝酸氧化所得的相應(yīng)水合物脫水而制得。
4M+3O2=M4O6(M為As、Sb)
4Bi+3O2=2Bi2O3
3As+5HNO3+2H2O=3H3AsO4+5NO
6Sb+10HNO3+3xH2O=3Sb2O5·xH2O+10NO↑+5H2O
Sb2O5·xH2O=(加熱)Sb2O5+xH2O
硝酸只能把鉍氧化成Bi(NO3)3,
Bi+4HNO3=Bi(NO3)3+NO+2H2O
五氧化二鉍只有在堿性介質(zhì)中用較強(qiáng)的氧化劑如Cl2氧化Bi(Ⅲ)化合物生成NaBiO3
Bi(OH)3+Cl2+3NaOH=NaBiO3+2NaCl+3H2O
以酸處理NaBiO3則得紅棕色的Bi2O5,它極不穩(wěn)定很快地分解為Bi2O3和O2。
As2O3是砷的重要化合物,俗稱砒霜,是劇毒的白色粉狀固體,致死量為0.1g。As2O3中毒時(shí),可服用新制的Fe(OH)2(用MgO和FeSO4溶液強(qiáng)烈搖動(dòng)制得)懸浮液來解毒??捎糜谥圃鞖⑾x劑、除草劑以及含砷藥物。As2O3微溶于水生成亞砷酸,亞砷酸僅存在于溶液中。As2O3是兩性偏酸性氧化物,因此它易溶于堿,生成亞砷酸鹽。
砷(Ⅲ)、銻(Ⅲ)、鉍(Ⅲ)的氧化物水合物的酸堿性與它們的氧化物相似,按照H3AsO3—Sb(OH)3—Bi(OH)3順序酸性依次減弱。現(xiàn)將砷分族元素氧化物及其水合物的酸堿性歸納于表13-7。
表13-7 砷、銻、鉍氧化物及其水合物的酸堿性
砷 | 銻 | 鉍 | ||
氧化數(shù) | +Ⅲ |
As2O3 H3AsO3 兩性偏酸性 |
Sb2O3 Sb(OH)3 兩性 |
Bi2O3 Bi(OH)3 弱堿性 |
氧化數(shù) | +Ⅴ |
As2O5 H3AsO4 弱酸性 |
Sb2O5 H[Sb(OH)6] 兩性偏酸性 |
— |
酸堿性的遞變規(guī)律 |
(1)從As到Bi堿性遞增酸性遞減; (2)同一元素+Ⅴ氧化態(tài)的酸性比+Ⅲ氧化態(tài)的強(qiáng)。 |
As(Ⅲ)、Sb(Ⅲ)、Bi(Ⅲ)的鹵化物和其它強(qiáng)酸所形成的鹽,在溶液中都強(qiáng)烈地水解,因?yàn)樗鼈兿鄳?yīng)的氧化物的水合物不是弱酸便是弱堿。例如鹵化砷水解后生成相應(yīng)的氫鹵酸和亞砷酸。
AsX3+3H2O=H3AsO3+3HX
銻和鉍的氧化數(shù)為+Ⅲ的鹽水解后生成難溶的銻和鉍的?;}:
隨著As—Sb—Bi順序堿性逐漸增強(qiáng),共水解程度逐漸減弱。由于Sb(Ⅲ)和Bi(Ⅲ)的酰基鹽是難溶的,所以銻和氧化數(shù)為+Ⅲ的鹽在常溫時(shí)水解進(jìn)行得并不完全,通常就停留在酰基鹽的階段。
砷分族按As—Sb—Bi順序+Ⅲ氧化態(tài)的特征逐漸增強(qiáng),形成穩(wěn)定的Bi(Ⅲ)化合物是鉍的特征。氧化態(tài)為+Ⅴ的鉍酸鈉是一種很強(qiáng)的氧化劑,能把Mn2+離子氧化為MnO4-離子。
2Mn2++5BiO3-+14H+=2MnO4-+5Bi3++7H2O
而砷的氧化數(shù)為+Ⅲ的亞砷酸鹽是還原劑,能還原象碘這樣弱的氧化劑,
AsO33-+I(xiàn)2+2OH- ?AsO43-+2I-+H2O
上述這兩個(gè)反應(yīng)都與溶液的酸度有關(guān),后一反應(yīng)必須在弱酸性介質(zhì)中才能進(jìn)行,若溶液的酸性較強(qiáng),反應(yīng)的方向會(huì)發(fā)生改變,I2就不可能氧化AsO33-,因?yàn)殡妼?duì)AsO43-/AsO33-的電極電勢(shì)數(shù)值隨著溶液pH值的降低而變大。
電對(duì)I2/I-的電極電勢(shì)在一定pH范圍內(nèi)無變化。這兩個(gè)電對(duì)的電極電勢(shì)隨溶液的pH而變化的情況見圖13-11。從圖中可看出,在較強(qiáng)酸性溶液中H3AsO4可以氧化I-,而在弱酸性時(shí)H3AsO3才可能還原I2,實(shí)際上,反應(yīng)是在pH=5~9時(shí)較為適宜,pH小于4反應(yīng)不完全,pH大于9時(shí)會(huì)引起I2的歧化反應(yīng)。
總之,砷、銻、鉍三元素的氧化態(tài)為+Ⅲ的化合物具有還原性,氧化態(tài)為+Ⅴ的化合物具有氧化性,其變化規(guī)律如下: