專題10：主族非金屬-砷及其化合物原卷版

系列一主族非金屬專題10 碑及其化合物一、單質(zhì)砷常溫下，砷在水和空氣中都比較穩(wěn)定，不與稀酸反應(yīng)，但能和強(qiáng)氧化性酸如熱的濃硫酸、硝酸等)反應(yīng)，在高溫下和許多非金屬反應(yīng)，主要反應(yīng)產(chǎn)物如下圖。|AS2S3I- As-醵 口.|入口邰1?、：)—幽/.菽(1)As的非金屬性比磷弱，與O2反應(yīng)得到As2O3,而不能直接得到As2O5。點(diǎn)燃(2)As與Mg在點(diǎn)燃的條件下反應(yīng)得到砷化鐵2As+3Mg==燃24g3As2。(3)As不與非氧化性酸反應(yīng)，可以和濃硫酸、硝酸反應(yīng)：2As+3H2SO4(濃)=====A2O3+3SO2f+3H2O；3As+5HNO3+2H2O=====3HAsO4+5NOf。(4)熔融的堿能和碑反應(yīng)生成亞砷酸鹽，并析出氫：2As+6NaOH(熔融)=====2NqAsO3+3H2f，但是堿的水溶液不與砷反應(yīng)。二、砷的氫化物(AsH3)砷化氫是一種無色、具有大蒜味的劇毒氣體。(1)不穩(wěn)定性：2AsH3=￡=9As+3H2(隔絕空氣)。(2)室溫下在空氣中自燃：2AsH3+3O2===A?O3+3H2O。(3)還原性：AsH3具有強(qiáng)還原性，能被KMnO4、K2Cr2O7>AgNO3等氧化，如12MnO-+1QAsH3+36H+===12Mie++5As2O3+33H20,2AsH3+12AgNO3+3H2O===As2O3+12HNO3+12Ag；o三、三氧化二砷(As2O3)和五氧化二砷(As2O5)通常情況下，As(III)的氧化物與磷相似，是雙原子分子As4O6,高溫度下解離為As2O3,As2O3是碑的重要化合物，俗稱砒霜。是劇毒的白色固體，致死量為Q.1g。As2O3中毒時(shí)可服用新制的Fe(OH)2(把MgO加入到FeSO4溶液中強(qiáng)烈搖動(dòng)制得)浮液來解毒。As2O3與水反應(yīng)生成亞砷酸(H3AsO3),可被H2O2氧化為砷酸：As2O3+2H2O2+H2O=====2I|AsO4oAs2O3屬于兩性氧化物：As2O3+6NaOH=====2NaAsO+3H2O,As2O3+6HCl=====2AsC|+3H2O.As4O6是以酸性為主的兩性氧化物AsQa+12H+===4As++6H°O、As,O.+12OH-===4AsQ-+6H°O。46 2 46 3 2(亞碑酸根)As.O.具有還原性：As.O.+2I.+1QOH-===2AsOr+4I-+5H°O、3As.O.+4HNO.+7H.O===6HAsO.+4NOf。As2O5在空氣中易潮解，易溶于水，遇熱不穩(wěn)定在熔點(diǎn)(300℃)附近即失去氧原子變成As2O3。As2O5是酸性氧化物，As2O5+6NaOH===2Na5AsO4+3H2OoAs2O5是強(qiáng)氧化劑，可氧化SO2：As2O5+2SO2=====A2O3+2SO3。四、三硫化二砷(As2s3)As2s3俗稱雌黃，不溶于水，也不與濃鹽酸反應(yīng)。As2s3可溶于堿性硫化物中：As2s3+3Na2s=====2NaAsS3。As2s3可溶于堿溶液中：As2s3+6NaOH=====Na3Ass3+Na3AsO3+3H2O。As2s3可以與SnCl2、發(fā)煙鹽酸反應(yīng)轉(zhuǎn)化為雄黃(As4s4)：2As+2SnCl+4HCI=====A4S4+2SnCl4+2H2s。As4s4和As2s3均可以與氧氣反應(yīng)生成As2O3,也可以被Zn、C等在加熱條件下還原為碑單質(zhì)。五、亞砷酸(H3AsO3)(1)兩性氫氧化物：H3AsO3+3NaOH===NqAsO3+3H2O、H3AsO3+3HCl===AsC\+3H2O。(2)還原性：H3AsO3+I2+5OH-===AsQ-+2I-+4H2O。六、H3AsO4的性質(zhì)0ll砷酸為三元弱酸，其結(jié)構(gòu)式為 ，」」,，具有酸的通性。HO0H(2)碑酸不穩(wěn)定，受熱易分解為As2O5：2H3AsO4=====AsO5+3H2O。(3)砷酸具有弱氧化性，可與離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)：H3AsO4+2KI+H2sO4=====HAsO3+K2so4+H2O+I2。當(dāng)溶液酸性弱時(shí)，可發(fā)生逆向的反應(yīng)。【習(xí)題1】碑(As)是一些工廠和礦山廢水中的污染元素，使用吸附劑是去除水中砷的有效措施之一。將硫酸鎰、硝酸釔與氫氧化鈉溶液按一定比例混合，攪拌使其充分反應(yīng)，可獲得一種砷的高效吸附劑X,吸附劑X中含有CO3-,其原因是 oH3AsO3和H3AsO4水溶液中含砷的各物種的分布分?jǐn)?shù)(平衡時(shí)某物種的濃度占各物種濃度之和的分?jǐn)?shù))與pH的關(guān)系分別如圖1和圖2所示。三份劃物種分布分>三份劃物種分布分>2工0862工086420L0.0.0.0,0.五價(jià)礎(chǔ)物種分布分?jǐn)?shù)flO7.2白圖①以酚酞為指示劑(變色范圍pH8.0?10.0),將NaOH溶液逐滴加入到H3AsO3溶液中，當(dāng)溶液由無色變?yōu)闇\紅色時(shí)停止滴加。該過程中主要反應(yīng)的離子方程式為(pKa1=Tg②H3AsO4第一步電離方程式H3AsO4 H2AsO-+H+的電離常數(shù)為Ka1，則pKa1=(pKa1=TgKai)。(3)溶液的pH對(duì)吸附劑X表面所帶電荷有影響。pH=7.1時(shí)，吸附劑X表面不帶電荷；pH>7.1時(shí)帶負(fù)電荷，pH越高，表面所帶負(fù)電荷越多；pH<7.1時(shí)帶正電荷，pH越低，表面所帶正電荷越多。pH不同時(shí)吸附劑X對(duì)三價(jià)碑和五價(jià)碑的平衡吸附量(吸附達(dá)平衡時(shí)單位質(zhì)量吸附劑X吸附砷的質(zhì)量)如圖3所示。W翥得W翥得聾進(jìn)n而『巳①在pH7?9之間，吸附劑X對(duì)五價(jià)砷的平衡吸附量隨pH升高而迅速下降，其原因是②在pH4?7之間，吸附劑X對(duì)水中三價(jià)砷的去除能力遠(yuǎn)比五價(jià)碑的弱，這是因?yàn)椤岣呶絼對(duì)三價(jià)砷去除效果可采取的措施是 【習(xí)題2】碑為VA族元素，金屬冶煉過程產(chǎn)生的含砷有毒廢棄物需處理與檢測(cè)。(l)冶煉廢水中砷元素主要以亞砷酸(H3AsO3)形式存在，可用化學(xué)沉降法處理酸性高濃度含砷廢水，其工藝流程如下：?Na2S高濃度含神廢水?Na2S高濃度含神廢水一級(jí)沉解過濾FeS已知：I.As2s3與過量的S2-存在以下反應(yīng)：As2s3(s)+3S2—(aq)—^2AsS33—(aq)；II.亞砷酸鹽的溶解性大于相應(yīng)砷酸鹽。TOC\o"1-5"\h\z①亞碑酸中砷元素的化合價(jià)為 ;②砷酸的第一步電離方程式為 ;③“一級(jí)沉碑"中FeSO4的作用是 ；④“二級(jí)沉碑”中h2o2與含砷物質(zhì)反應(yīng)的化學(xué)方程式為 ；⑤沉淀X為(填化學(xué)式)。(2)冶煉廢渣中的砷元素主要以As2O3的形式存在，可用古氏試砷法半定量檢測(cè)(As的最低檢出限為3.0x10-6g)。步驟1：取10g廢渣樣品，粉碎后與鋅粉混合，加人H2s04共熱，生成H3As氣體。步驟2：將H3As氣體通人AgN03溶液中，生成銀鏡和As2O3。步驟3：取1g廢渣樣品，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，未見銀鏡生成。①AsH3的電子式為；②步驟2的離子方程式為；③固體廢棄物的排放標(biāo)準(zhǔn)中，砷元素不得高于4.0X10一5g.kg-1,請(qǐng)通過計(jì)算說明該排放的廢渣中砷元素的含量 (填“符合”、“不符合”)排放標(biāo)準(zhǔn)，原因是 ?！玖?xí)題3】金屬冶煉產(chǎn)生的廢棄物中，常含有砷元素(與磷同主族)，由于有毒需檢測(cè)與處理。I.冶煉廢水中砷元素主要以亞砷酸H3As03)形式存在，可用化學(xué)沉降法處理酸性高濃度含砷廢水，其工藝流程如下：黑3fI」圾玩-*ehfm向一巫一魏水TOC\o"1-5"\h\z己1Hli我那 | jAsjSj*FeS CMasO4SFMsO*已知：①As2s3與過量的S2-存在以下反應(yīng)：As2s3(s)+3S2-(aq)=^2AsS33-(aq)；②亞砷酸鹽的溶解性大于相應(yīng)砷酸鹽。(1)亞砷酸中砷元素的化合價(jià)為 ;碑酸的第一步電離方程式為 ?！耙患?jí)沉碑"中FeSO4的作用是 ?！岸?jí)沉碑”中H202與含砷物質(zhì)反應(yīng)的化學(xué)方程式為 。沉淀X為(填化學(xué)式)。II.強(qiáng)陰離子交換柱可以吸附以陰離子形態(tài)存在的As(V)達(dá)到去除As的目的。采用該方法去除水體中的砷時(shí)，可選用NaClO將As(ni)轉(zhuǎn)化為As(V)。0 1 ! ! DOD1000 120014OD1&00NadOtolrng/L已知：一定條件下，As(V)的存在形式如表所示:pH<22~77~1111~14存在形式H3AsO4H2AsO4-HAsO42-HAsO42-、AsO43-□oowooO□oowooO76543211.■...II."□■.■廣

As]n氧化率pH=6時(shí)，NaClO氧化亞砷酸(H3AsO3)的離子方程式是 III.冶煉廢渣中的砷元素主要以As2s3的形式存在，可用古氏試砷法半定量檢測(cè)(As的最低檢出限為3.0x10-6g)o步驟1：取10g廢渣樣品，粉碎后與鋅粉混合，加入H2sO4共熱，生成AsH3氣體。步驟2：將AsH3氣體通入AgNO3溶液中，生成銀鏡和As2O3o步驟3：取1g廢渣樣品，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，未見銀鏡生成(即未能檢出)。(5)請(qǐng)寫出步驟2的離子方程式 【習(xí)題4】碑(As)是第四周期第VA族的元素，能形成多種化合物。回答下列問題:(1)同族元素的同類物質(zhì)結(jié)構(gòu)相似，AsH3的電子式為o(2)已知H3AsO3溶于水后的電離方程式為As3++30H-H3AsO3=^3H++AsO33-。H3AsO3中砷的化合價(jià)為;若分別向上述平衡體系中加人稀硫酸、NaOH溶液，則生成的正鹽的化學(xué)式分別為 、(3)已知I2、AsO33-、I-、AsO43-之間存在如下轉(zhuǎn)化：I2+AsO33-+2OH-2I-+AsO43-+H2O。為驗(yàn)證該反應(yīng)具有可逆性，某同學(xué)將等物質(zhì)的量濃度的碘水與Na3AsO3溶液按體積比為V1：V2的比例混合(另加入適量的堿)。當(dāng)V1V2(填“〉”或“<”)時(shí)，只用就可以確定該反應(yīng)具有可逆性。(4)常溫下，將濃度均為2amol-L-1的KI、Na3AsO4溶液等體積混合后，溶液存在如下可逆反應(yīng)：2I-(aq)+AsO43-(aq)+H2O(1)=I2(aq)+AsO33-(aq)+2OH-(aq),通過調(diào)整溶液的pH(加適量堿)來控制反應(yīng)進(jìn)行的方向。下圖是反應(yīng)中c(AsO33-)與時(shí)間t的關(guān)系圖：

①反應(yīng)達(dá)到平衡后，向溶液中加人少量固體NaOH,則重新達(dá)到平衡后，溶液中AsO43-的轉(zhuǎn)化率(填“增大”、“減小”或“不變”)，c(OH-)(填“增大”、“減小”或“不變”)。②若t0時(shí)刻，溶液的Ph=8,則該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=。(5)若使2I-(aq)+AsO43-(aq)+H2O(1)『二I2(aq)+AsO33-(aq)+2OH-(aq)以原電池的方式進(jìn)行，則正極的電極反應(yīng)式為?！玖?xí)題5】As2O3在醫(yī)藥、電子等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。某含砷元素(As)的工業(yè)廢水經(jīng)如下流程轉(zhuǎn)化為粗As2O3。濾液I廢渣濾液濾液I廢渣濾液2(1)“堿浸”的目的是將廢水中的H3AsO3和H3AsO4轉(zhuǎn)化為鹽。H3AsO4轉(zhuǎn)化為Na3AsO4反應(yīng)的化學(xué)方程式是 。(2)“氧化”時(shí)，1molAsO33-轉(zhuǎn)化為AsO43-至少需要O2mol?！俺帘笔菍⑸樵剞D(zhuǎn)化為Ca5(AsO4)30H沉淀，發(fā)生的主要反應(yīng)有：Ca(OH)2(s)=Ca2+(aq)+2OH-(aq) AH<05Ca2++OH-+3AsO43-=Ca5(AsO4)3OHAH>0研究表明：“沉碑”的最佳溫度是85℃。用化學(xué)平衡原理解釋溫度高于85