专题10：主族非金属-砷及其化合物原卷版

系列一主族非金属专题10 碑及其化合物一、单质砷常温下，砷在水和空气中都比较稳定，不与稀酸反应，但能和强氧化性酸如热的浓硫酸、硝酸等)反应，在高温下和许多非金属反应，主要反应产物如下图。|AS2S3I- As-醵 口.|入口邰1®、：)—幽/.菽(1)As的非金属性比磷弱，与O2反应得到As2O3,而不能直接得到As2O5。点燃(2)As与Mg在点燃的条件下反应得到砷化铁2As+3Mg==燃24g3As2。(3)As不与非氧化性酸反应，可以和浓硫酸、硝酸反应：2As+3H2SO4(浓)=====A2O3+3SO2f+3H2O；3As+5HNO3+2H2O=====3HAsO4+5NOf。(4)熔融的碱能和碑反应生成亚砷酸盐，并析出氢：2As+6NaOH(熔融)=====2NqAsO3+3H2f，但是碱的水溶液不与砷反应。二、砷的氢化物(AsH3)砷化氢是一种无色、具有大蒜味的剧毒气体。(1)不稳定性：2AsH3=£=9As+3H2(隔绝空气)。(2)室温下在空气中自燃：2AsH3+3O2===A?O3+3H2O。(3)还原性：AsH3具有强还原性，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)通常情况下，As(III)的氧化物与磷相似，是双原子分子As4O6,高温度下解离为As2O3,As2O3是碑的重要化合物，俗称砒霜。是剧毒的白色固体，致死量为Q.1g。As2O3中毒时可服用新制的Fe(OH)2(把MgO加入到FeSO4溶液中强烈摇动制得)浮液来解毒。As2O3与水反应生成亚砷酸(H3AsO3),可被H2O2氧化为砷酸：As2O3+2H2O2+H2O=====2I|AsO4oAs2O3属于两性氧化物：As2O3+6NaOH=====2NaAsO+3H2O,As2O3+6HCl=====2AsC|+3H2O.As4O6是以酸性为主的两性氧化物AsQa+12H+===4As++6H°O、As,O.+12OH-===4AsQ-+6H°O。46 2 46 3 2(亚碑酸根)As.O.具有还原性：As.O.+2I.+1QOH-===2AsOr+4I-+5H°O、3As.O.+4HNO.+7H.O===6HAsO.+4NOf。As2O5在空气中易潮解，易溶于水，遇热不稳定在熔点(300℃)附近即失去氧原子变成As2O3。As2O5是酸性氧化物，As2O5+6NaOH===2Na5AsO4+3H2OoAs2O5是强氧化剂，可氧化SO2：As2O5+2SO2=====A2O3+2SO3。四、三硫化二砷(As2s3)As2s3俗称雌黄，不溶于水，也不与浓盐酸反应。As2s3可溶于碱性硫化物中：As2s3+3Na2s=====2NaAsS3。As2s3可溶于碱溶液中：As2s3+6NaOH=====Na3Ass3+Na3AsO3+3H2O。As2s3可以与SnCl2、发烟盐酸反应转化为雄黄(As4s4)：2As+2SnCl+4HCI=====A4S4+2SnCl4+2H2s。As4s4和As2s3均可以与氧气反应生成As2O3,也可以被Zn、C等在加热条件下还原为碑单质。五、亚砷酸(H3AsO3)(1)两性氢氧化物：H3AsO3+3NaOH===NqAsO3+3H2O、H3AsO3+3HCl===AsC\+3H2O。(2)还原性：H3AsO3+I2+5OH-===AsQ-+2I-+4H2O。六、H3AsO4的性质0ll砷酸为三元弱酸，其结构式为 ，」」,，具有酸的通性。HO0H(2)碑酸不稳定，受热易分解为As2O5：2H3AsO4=====AsO5+3H2O。(3)砷酸具有弱氧化性，可与离子发生氧化还原反应：H3AsO4+2KI+H2sO4=====HAsO3+K2so4+H2O+I2。当溶液酸性弱时，可发生逆向的反应。【习题1】碑(As)是一些工厂和矿山废水中的污染元素，使用吸附剂是去除水中砷的有效措施之一。将硫酸镒、硝酸钇与氢氧化钠溶液按一定比例混合，搅拌使其充分反应，可获得一种砷的高效吸附剂X,吸附剂X中含有CO3-,其原因是 oH3AsO3和H3AsO4水溶液中含砷的各物种的分布分数(平衡时某物种的浓度占各物种浓度之和的分数)与pH的关系分别如图1和图2所示。三份划物种分布分>三份划物种分布分>2工0862工086420L0.0.0.0,0.五价础物种分布分数flO7.2白图①以酚酞为指示剂(变色范围pH8.0〜10.0),将NaOH溶液逐滴加入到H3AsO3溶液中，当溶液由无色变为浅红色时停止滴加。该过程中主要反应的离子方程式为(pKa1=Tg②H3AsO4第一步电离方程式H3AsO4 H2AsO-+H+的电离常数为Ka1，则pKa1=(pKa1=TgKai)。(3)溶液的pH对吸附剂X表面所带电荷有影响。pH=7.1时，吸附剂X表面不带电荷；pH>7.1时带负电荷，pH越高，表面所带负电荷越多；pH<7.1时带正电荷，pH越低，表面所带正电荷越多。pH不同时吸附剂X对三价碑和五价碑的平衡吸附量(吸附达平衡时单位质量吸附剂X吸附砷的质量)如图3所示。W翥得W翥得聋进n而『巳①在pH7〜9之间，吸附剂X对五价砷的平衡吸附量随pH升高而迅速下降，其原因是②在pH4〜7之间，吸附剂X对水中三价砷的去除能力远比五价碑的弱，这是因为—提高吸附剂X对三价砷去除效果可采取的措施是 【习题2】碑为VA族元素，金属冶炼过程产生的含砷有毒废弃物需处理与检测。(l)冶炼废水中砷元素主要以亚砷酸(H3AsO3)形式存在，可用化学沉降法处理酸性高浓度含砷废水，其工艺流程如下：©Na2S高浓度含神废水©Na2S高浓度含神废水一级沉解过滤FeS已知：I.As2s3与过量的S2-存在以下反应：As2s3(s)+3S2—(aq)—^2AsS33—(aq)；II.亚砷酸盐的溶解性大于相应砷酸盐。TOC\o"1-5"\h\z①亚碑酸中砷元素的化合价为 ;②砷酸的第一步电离方程式为 ;③“一级沉碑"中FeSO4的作用是 ；④“二级沉碑”中h2o2与含砷物质反应的化学方程式为 ；⑤沉淀X为(填化学式)。(2)冶炼废渣中的砷元素主要以As2O3的形式存在，可用古氏试砷法半定量检测(As的最低检出限为3.0x10-6g)。步骤1：取10g废渣样品，粉碎后与锌粉混合，加人H2s04共热，生成H3As气体。步骤2：将H3As气体通人AgN03溶液中，生成银镜和As2O3。步骤3：取1g废渣样品，重复上述实验，未见银镜生成。①AsH3的电子式为；②步骤2的离子方程式为；③固体废弃物的排放标准中，砷元素不得高于4.0X10一5g.kg-1,请通过计算说明该排放的废渣中砷元素的含量 (填“符合”、“不符合”)排放标准，原因是 。【习题3】金属冶炼产生的废弃物中，常含有砷元素(与磷同主族)，由于有毒需检测与处理。I.冶炼废水中砷元素主要以亚砷酸H3As03)形式存在，可用化学沉降法处理酸性高浓度含砷废水，其工艺流程如下：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与过量的S2-存在以下反应：As2s3(s)+3S2-(aq)=^2AsS33-(aq)；②亚砷酸盐的溶解性大于相应砷酸盐。(1)亚砷酸中砷元素的化合价为 ;碑酸的第一步电离方程式为 。“一级沉碑"中FeSO4的作用是 。“二级沉碑”中H202与含砷物质反应的化学方程式为 。沉淀X为(填化学式)。II.强阴离子交换柱可以吸附以阴离子形态存在的As(V)达到去除As的目的。采用该方法去除水体中的砷时，可选用NaClO将As(ni)转化为As(V)。0 1 ! ! DOD1000 120014OD1&00NadOtolrng/L已知：一定条件下，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."□■.■广

As]n氧化率pH=6时，NaClO氧化亚砷酸(H3AsO3)的离子方程式是 III.冶炼废渣中的砷元素主要以As2s3的形式存在，可用古氏试砷法半定量检测(As的最低检出限为3.0x10-6g)o步骤1：取10g废渣样品，粉碎后与锌粉混合，加入H2sO4共热，生成AsH3气体。步骤2：将AsH3气体通入AgNO3溶液中，生成银镜和As2O3o步骤3：取1g废渣样品，重复上述实验，未见银镜生成(即未能检出)。(5)请写出步骤2的离子方程式 【习题4】碑(As)是第四周期第VA族的元素，能形成多种化合物。回答下列问题:(1)同族元素的同类物质结构相似，AsH3的电子式为o(2)已知H3AsO3溶于水后的电离方程式为As3++30H-H3AsO3=^3H++AsO33-。H3AsO3中砷的化合价为;若分别向上述平衡体系中加人稀硫酸、NaOH溶液，则生成的正盐的化学式分别为 、(3)已知I2、AsO33-、I-、AsO43-之间存在如下转化：I2+AsO33-+2OH-2I-+AsO43-+H2O。为验证该反应具有可逆性，某同学将等物质的量浓度的碘水与Na3AsO3溶液按体积比为V1：V2的比例混合(另加入适量的碱)。当V1V2(填“〉”或“<”)时，只用就可以确定该反应具有可逆性。(4)常温下，将浓度均为2amol-L-1的KI、Na3AsO4溶液等体积混合后，溶液存在如下可逆反应：2I-(aq)+AsO43-(aq)+H2O(1)=I2(aq)+AsO33-(aq)+2OH-(aq),通过调整溶液的pH(加适量碱)来控制反应进行的方向。下图是反应中c(AsO33-)与时间t的关系图：

①反应达到平衡后，向溶液中加人少量固体NaOH,则重新达到平衡后，溶液中AsO43-的转化率(填“增大”、“减小”或“不变”)，c(OH-)(填“增大”、“减小”或“不变”)。②若t0时刻，溶液的Ph=8,则该反应的平衡常数K=。(5)若使2I-(aq)+AsO43-(aq)+H2O(1)『二I2(aq)+AsO33-(aq)+2OH-(aq)以原电池的方式进行，则正极的电极反应式为。【习题5】As2O3在医药、电子等领域有重要应用。某含砷元素(As)的工业废水经如下流程转化为粗As2O3。滤液I废渣滤液滤液I废渣滤液2(1)“碱浸”的目的是将废水中的H3AsO3和H3AsO4转化为盐。H3AsO4转化为Na3AsO4反应的化学方程式是 。(2)“氧化”时，1molAsO33-转化为AsO43-至少需要O2mol。“沉碑”是将砷元素转化为Ca5(AsO4)30H沉淀，发生的主要反应有：Ca(OH)2(s)=Ca2+(aq)+2OH-(aq) AH<05Ca2++OH-+3AsO43-=Ca5(AsO4)3OHAH>0研究表明：“沉碑”的最佳温度是85℃。用化学平衡原理解释温度高于85