2025版新教材高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)第3章物質(zhì)的性質(zhì)與轉(zhuǎn)化第3節(jié)素養(yǎng)提升9探究磷砷及其化合物學(xué)案魯科版

PAGE5-素養(yǎng)提升9探究磷、砷及其化合物一、磷及其化合物1．磷的氫化物(PH3)磷的氫化物PH3(磷化氫)又稱為膦，膦分子與氨分子的結(jié)構(gòu)相像，也呈三角錐形。膦是一種較強(qiáng)的還原劑，穩(wěn)定性較差，在水中的溶解度很小。2．磷的含氧酸(1)亞磷酸(H3PO3)的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)純凈的亞磷酸是一種無色固體，在水中有較大溶解度；亞磷酸是一種中強(qiáng)二元酸，它的電離常數(shù)是K1＝1.6×10－2mol·L－1，K2＝7×10－7mol·L－1，其電子式和結(jié)構(gòu)式分別是(2)次磷酸(H3PO2)的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)次磷酸是一種無色的晶體，熔點(diǎn)26.5℃，易溶解，它是中強(qiáng)酸，又是一元酸，電離方程式：H3PO2H＋＋H2POeq\o\al(－,2)，其電子式和結(jié)構(gòu)式分別是二、砷及其化合物1．砷(As)舊名“砒”。有灰、黃、黑褐三種同素異形體，具有金屬性。2．砷的氫化物(AsH3)砷與氫結(jié)合生成劇毒的砷化氫(AsH3)，砷化氫相當(dāng)不穩(wěn)定，加熱時(shí)分解為單質(zhì)砷，砷化氫還是一種很強(qiáng)的還原劑。3．砷的氧化物砷有兩種氧化物：三氧化二砷(As2O3)和五氧化二砷(As2O5)。三氧化二砷，俗稱砒霜，是最具商業(yè)價(jià)值的砷化合物及主要的砷化學(xué)原料。它也是最古老的毒物之一，無臭無味，外觀為白色霜狀粉末，故稱砒霜。As2O3微溶于水生成亞砷酸(H3AsO3)，可被過氧化氫氧化成砷酸(H3AsO4)，屬于兩性氧化物：As2O3＋6NaOH=2Na3AsO3＋3H2O，As2O3＋6HCl=2AsCl3＋3H2O。As2O5遇熱不穩(wěn)定，在熔點(diǎn)(300℃)旁邊即失去O變成As2O3。4．砷的硫化物As2S3俗稱雌黃，可溶于堿性硫化物或堿溶液中：As2S3＋3Na2S=2Na3AsS3，As2S3＋6NaOH=Na3AsS3＋Na3AsO3＋3H2O。也可以與SnCl2、發(fā)煙鹽酸反應(yīng)轉(zhuǎn)化為雄黃(As4S4)：2As2S3＋2SnCl2＋4HCl=As4S4＋2SnCl4＋2H2S↑。雄黃和雌黃均可以與氧氣反應(yīng)生成As2O3。5．砷化物砷化物是指一種含有金屬的砷的化合物，是金屬與砷生成的化合物。自然界中存在砷銅礦Cu3As、斜方砷鐵礦FeAs2、砷鈷礦CoAs2等砷化物。1．已知磷酸分子[]中的三個(gè)氫原子都可以跟重水分子(D2O)中的D原子發(fā)生氫交換。又知次磷酸(H3PO2)也可跟D2O進(jìn)行氫交換，但次磷酸鈉(NaH2PO2)不能再和D2O發(fā)生氫交換。因此可推斷H3PO2的分子結(jié)構(gòu)是()B解析：從題給信息可知—O—H中的H才能與D2O進(jìn)行氫交換，中的氫不能和D2O進(jìn)行氫交換，又從NaH2PO2和D2O不能進(jìn)行氫交換可得，NaH2PO2中沒有—O—H結(jié)構(gòu)，所以H3PO2的結(jié)構(gòu)為。2．把PCl3加入蒸餾水中，微熱，PCl3完全水解，產(chǎn)物之一是亞磷酸(H3PO3)，H3PO3易溶于水，它的結(jié)構(gòu)式可表示為，H3PO3與NaOH反應(yīng)只生成Na2HPO3和NaH2PO3兩種鹽，這兩種鹽均呈堿性，在盛有H3PO3溶液的試管中加入AgNO3溶液，則析出黑色金屬銀沉淀，并在試管口有紅棕色氣體生成。(1)用化學(xué)方程式表示：H3PO3和AgNO3溶液的反應(yīng)：____________________________________。(2)Na2HPO3水溶液呈堿性的緣由________________________(用離子方程式表示)。(3)依據(jù)題意，H3PO3是________(填標(biāo)號(hào))。a．弱酸b．二元酸c．三元酸d．具有還原性e．強(qiáng)酸答案：(1)2H3PO3＋AgNO3=Ag↓＋NO↑＋2H3PO4(2)HPOeq\o\al(2－,3)＋H2O=H2POeq\o\al(－,3)＋OH－，H2POeq\o\al(－,3)＋H2O=H3PO3＋OH－(3)abd3．NaH2PO2(次磷酸鈉)易溶于水，水溶液呈中性，具有強(qiáng)還原性，可用于化學(xué)鍍銀、鎳、銅等。一種以泥磷(含P4和少量CaO、Fe2O3、Al2O3、CaCl2等)為原料制備NaH2PO2·H2O的工藝流程如圖所示：已知：P4與Ca(OH)2、NaOH的反應(yīng)主要有Ⅰ.3Ca(OH)2＋2P4＋6H2O=3Ca(H2PO2)2＋2PH3↑Ⅱ.3NaOH＋P4＋3H2O=3NaH2PO2＋PH3↑(1)已知H3PO2是一元中強(qiáng)酸，NaH2PO2是__________(填“正鹽”或“酸式鹽”)。(2)尾氣中的PH3被NaClO溶液汲取可生成NaH2PO2，離子方程式為___________________________________________________，從汲取液中獲得NaH2PO2·H2O的操作為________、________、過濾、洗滌和干燥。(3)用NiCl2、NaH2PO2溶液化學(xué)鍍Ni，同時(shí)生成H3PO4和氯化物的化學(xué)方程式為__________________________________________。(4)“濾渣2”的主要成分為____________________________(填化學(xué)式)。(5)“過濾2”的濾液須要用Ag2SO4、Ba(OH)2溶液除去其中Cl－，加入的Ag2SO4溶液不宜過量太多，其主要緣由是__________。(6)在工業(yè)上，可以用惰性電極電解NaH2PO2溶液制取磷酸，請寫出其陽極反應(yīng)式：____________________________________。解析：(1)H3PO2是一元中強(qiáng)酸，在溶液中部分電離生成氫離子和酸根離子，電離方程式為H3PO2=H＋＋H2POeq\o\al(－,2)，H2POeq\o\al(－,2)不能再電離，則NaH2PO2為正鹽。(2)依據(jù)題中所給信息，PH3與NaClO反應(yīng)生成NaH2PO2和NaCl，反應(yīng)的離子方程式為PH3＋2ClO－＋OH－=H2POeq\o\al(－,2)＋2Cl－＋H2O，從汲取液中獲得NaH2PO2·H2O，須要蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌和干燥。(3)依據(jù)題意，NiCl2中Ni元素轉(zhuǎn)化成Ni單質(zhì)，H2POeq\o\al(－,2)轉(zhuǎn)化為H3PO4，氯化物應(yīng)有NaCl，依據(jù)得失電子守恒寫出NiCl2＋NaH2PO2→Ni↓＋H3PO4＋NaCl，產(chǎn)物有H3PO4，說明該溶液呈酸性，左邊少O元素，補(bǔ)H2O，右邊少H元素和Cl元素，補(bǔ)HCl，配平得2NiCl2＋NaH2PO2＋2H2O=2Ni↓＋H3PO4＋NaCl＋3HCl。(4)“調(diào)pH”過程中可除去Ca2＋和[Al(OH)4]－，CO2與堿反應(yīng)生成COeq\o\al(2－,3)，COeq\o\al(2－,3)與Ca2＋反應(yīng)生成CaCO3，[Al(OH)4]－與CO2、H2O反應(yīng)可生成Al(OH)3，因此“濾渣2”的成分是CaCO3和Al(OH)3。(5)依據(jù)題干信息，NaH2PO2具有強(qiáng)還原性，可用于化學(xué)鍍銀，Ag＋具有氧化性，因此加入Ag2SO4溶液不宜過量太多，否則過量的Ag＋會(huì)氧化H2POeq\o\al(－,2)。(6)NaH2PO2具有較強(qiáng)的還原性，用惰性電極進(jìn)行電解時(shí)，陽極上H2POeq\o\al(－,2)失電子，其陽極反應(yīng)式為H2POeq\o\al(－,2)＋2H2O－4e－=H3PO4＋3H＋。答案：(1)正鹽(2)PH3＋2ClO－＋OH－=H2POeq\o\al(－,2)＋2Cl－＋H2O蒸發(fā)濃縮冷卻結(jié)晶(3)2NiCl2＋NaH2PO2＋2H2O=2Ni↓＋H3PO4＋NaCl＋3HCl(4)CaCO3、Al(OH)3(5)過量的Ag＋會(huì)氧化H2POeq\o\al(－,2)(6)H2POeq\o\al(－,2)＋2H2O－4e－=H3PO4＋3H＋4．砷(As)及其化合物在生產(chǎn)、醫(yī)療、科技等方面有很多應(yīng)用。(1)中國自古有“信口雌黃”“雄黃入藥”之說。雌黃As2S3和雄黃As4S4都是自然界中常見的砷化物，早期都曾用作繪畫顏料，因都有抗病毒療效也用來入藥?？隙l件下，雌黃和雄黃的轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖所示。①砷元素有＋2、＋3、＋5等常見價(jià)態(tài)。雌黃和雄黃中S元素的價(jià)態(tài)相同，其價(jià)態(tài)是________。Ⅰ中發(fā)生的離子方程式是________________________________________________________________。②Ⅱ中，雄黃在空氣中加熱至300℃時(shí)會(huì)產(chǎn)生兩種物質(zhì)，若4.28gAs4S4反應(yīng)轉(zhuǎn)移0.28mole－，則a為________(填化學(xué)式)；雙氧水可將砒霜(As2O3)氧化成H3AsO4而除去，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________。(2)AsH3是一種很強(qiáng)的還原劑，室溫下，0.4molAsH3氣體在空氣中自燃，氧化產(chǎn)物為As2O3固體，放出bkJ熱量，AsH3自燃的熱化學(xué)方程式是__________________________________________。(3)將Na3AsO3(aq)＋I(xiàn)2(aq)＋H2O(l)Na2HAsO4(aq)＋NaI(aq)＋HI(aq)設(shè)計(jì)成原電池如圖1所示，放電時(shí)電流強(qiáng)度(I)與時(shí)間關(guān)系(t)如圖2所示。①如圖2中表示在該時(shí)刻上述可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的點(diǎn)是________(填標(biāo)號(hào))。②已知：a點(diǎn)對應(yīng)如圖1中電流由C1極經(jīng)外電路流向C2極。則d點(diǎn)對應(yīng)的負(fù)極的反應(yīng)式為__________________________________。③如圖2中，b→c變更的條件可能是________(填標(biāo)號(hào))，c→d電流強(qiáng)度變更的緣由是______________________________________。A．向左室中加入適量的濃Na3AsO3溶液B．向左室中加入適量的燒堿溶液C．向右室中加入適量的濃KI溶液D．向右室中加入適量的稀硫酸解析：(1)①砷元素有＋2、＋3、＋5等常見價(jià)態(tài)，砷元素化合價(jià)為＋3、＋2價(jià)，則雌黃和雄黃中S元素的價(jià)態(tài)相同，其價(jià)態(tài)是－2價(jià)，依據(jù)轉(zhuǎn)化關(guān)系分析可知，在酸性溶液中雌黃(As2S3)和Sn2＋發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成As4S4、H2S、Sn4＋，結(jié)合電荷守恒、原子守恒配平書寫離子方程式為2As2S3＋4H＋＋2Sn2＋=As4S4＋2H2S↑＋2Sn4＋。②雄黃在空氣中加熱至300℃時(shí)會(huì)產(chǎn)生兩種物質(zhì)，其中一種氧化物為劇毒的砒霜(As2O3)，若4.28gAs4S4反應(yīng)轉(zhuǎn)移0.28mole－，則設(shè)反應(yīng)后生成物質(zhì)a中硫的化合價(jià)為x，則eq\f(4.28g,428g·mol－1)×4×(1＋2＋x)＝0.28mol，解得x＝＋4，所以a為二氧化硫，雙氧水將As2O3氧化為H3AsO4而除去，氧化還原反應(yīng)中過氧化氫中氧元素化合價(jià)由－1價(jià)變更為－2價(jià)，As元素化合價(jià)由＋3價(jià)變更為＋5價(jià)，結(jié)合電子守恒和原子守恒寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式為2H2O2＋H2O＋As2O3=2H3AsO4。(2)由0.4molAsH3氣體在空氣中自燃，氧化產(chǎn)物為As2O3固體，放出bkJ熱量，則2molAsH3氣體在空氣中自燃，氧化產(chǎn)物為As2O3固體，放出5bkJ熱量，則AsH3自燃的熱化學(xué)方程式為2AsH3(g)＋3O2(g)=As2O3(s)＋3H2O(l)ΔH＝－5bkJ·mol－1。(3)①可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)即電流強(qiáng)度為0，則由圖像可知表示在該時(shí)刻題干中可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的點(diǎn)是b;②由a點(diǎn)對應(yīng)圖2中電流由C1極經(jīng)外電路流向C2極，則d點(diǎn)電流方向與a點(diǎn)相反即電流由C2極經(jīng)外電路流向C1極，則負(fù)極C1極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)式為AsOeq\o\al(3－,3)＋H2O－2e－=HAsOeq\o\al(2－,4)＋H＋；③由a點(diǎn)對應(yīng)圖2中電流由C1極經(jīng)外電路流向C2極，則電池總反應(yīng)為HI(aq)＋Na2HAsO4(aq)＋NaI(aq)Na3AsO3(aq)＋I(xiàn)2(aq)＋H2O(l)，圖2中，b→c電流方向變更，則電池總反應(yīng)為Na3AsO3(aq)＋I(xiàn)2(aq)＋H2O(l)Na2HAsO4(aq)＋NaI(aq)＋HI(aq)，即平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)。向左室中加入適量的濃Na3AsO3溶液，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，故A正確；向左室中加入適量的燒堿溶液，消耗Na2HAsO4(aq)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，故B正確；向右室中加入適量的濃KI溶液，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，故C錯(cuò)誤；向右室中加入適量的稀硫酸，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，故D錯(cuò)誤；c→d電流