元素锑(Sb)的相关知识。锑属于第VA族(氮族),其化合价规律与氮、磷类似,但又有其特性。
一、锑的常见化合价及对应物质
锑最常见和稳定的化合价是 +3价 和 +5价。
| 化合价 | 物质类型 | 代表物质(化学式) | 名称与备注 |
|---|---|---|---|
| -3价 | 氢化物 | SbH₃ | 锑化氢(剧毒气体,不稳定,强还原性) |
| +3价 | 氧化物 | Sb₂O₃ | 三氧化二锑(白色固体,两性偏碱) |
| 氢氧化物/含氧酸 | Sb(OH)₃ / H₃SbO₃ | 亚锑酸(两性,酸性很弱) | |
| 含氧酸盐 | NaSbO₂(或写作Na₃SbO₃) | 亚锑酸钠 | |
| 硫化物 | Sb₂S₃ | 三硫化二锑(橙红色固体,两性偏酸) | |
| 卤化物 | SbCl₃ | 三氯化锑(易水解生成白色沉淀) | |
| +5价 | 氧化物 | Sb₂O₅ | 五氧化二锑(淡黄色固体,酸性氧化物) |
| 含氧酸 | H₃SbO₄ / HSb(OH)₆ | 锑酸(弱酸) | |
| 含氧酸盐 | NaSb(OH)₆ | 六羟基合锑酸钠 | |
| 硫化物 | Sb₂S₅ | 五硫化二锑(橙黄色固体) |
重要说明:
- 稳定性 :与同族的磷、砷不同,由于"惰性电子对效应",锑的 +3价化合物比+5价更稳定。+5价锑具有一定的氧化性。
- 酸碱性 :
- Sb₂O₃ / Sb(OH)₃ :两性偏碱。易溶于酸,也可溶于浓的强碱(如NaOH)。
- Sb₂S₃ :两性偏酸。可溶于浓盐酸,也可溶于碱金属硫化物(如Na₂S)溶液,生成硫代亚锑酸盐。
- Sb₂O₅ / H₃SbO₄ :酸性,其酸性比对应的磷、砷酸弱得多。
二、重要化学反应方程式
1. +3价锑(Sb(III))的化学反应
(1)氧化物/氢氧化物的两性反应
\\ce{Sb2O3 + 6HCl (浓) -\> 2SbCl3 + 3H2O}
\\ce{Sb2O3 + 2NaOH (浓) + 3H2O -\> 2Na\[Sb(OH)4\]} \\quad (\\text{或写作 2NaSbO2·4H2O})
(生成的Na[Sb(OH)₄]可称为四羟基合锑(III)酸钠)
(2)盐类的水解(以SbCl₃为例)
三氯化锑遇水剧烈水解,生成白色氯氧化锑沉淀。这是高中常考的反应。
\\ce{SbCl3 + H2O \<=\> SbOCl↓(白色) + 2HCl}
为了抑制水解,配制SbCl₃溶液时必须先溶于浓盐酸,再加水稀释。
(3)硫化物的两性反应
\\ce{Sb2S3 + 12HCl (浓) -\> 2H3\[SbCl6\](六氯合锑酸) + 3H2S↑}
\\ce{Sb2S3 + 3Na2S -\> 2Na3SbS3} \\quad (\\text{硫代亚锑酸钠})
硫代酸盐遇酸会分解,重新生成硫化物沉淀:
\\ce{2Na3SbS3 + 6HCl -\> Sb2S3↓(橙红) + 3H2S↑ + 6NaCl}
2. +5价锑(Sb(V))的化学反应
(1)制备与酸性
\\ce{3Sb + 5HNO3 (浓) + 2H2O -\> 3H3SbO4↓(锑酸水合物) + 5NO↑}
锑酸是弱酸,其盐如NaSb(OH)₆(六羟基合锑酸钠)难溶于水。
(2)氧化性(重要!)
+5价锑在酸性介质中是中强氧化剂,这是高中阶段的一个重要考点 。
\\ce{2Mn\^{2+} + 5SbO4\^{3-} + 16H+ -\>\[\\Delta\] 2MnO4\^{-}(紫色) + 5Sb\^{3+} + 8H2O}
这个反应需要在酸性条件下加热,将无色的Mn²⁺氧化为紫色的MnO₄⁻,是Mn²⁺的特征反应之一,也体现了Sb(V)的氧化性。
3. 不同价态间的转化
(1)+3价锑的还原性
在碱性介质中,+3价锑可被较强氧化剂(如Cl₂)氧化。
\\ce{Sb(OH)4- + Cl2 + 4OH- -\> Sb(OH)6- + 2Cl- + H2O}
(2)+5价锑的氧化性(见上)
4. 氢化物的生成与性质
锑化氢通常由活泼金属(如锌)在酸性条件下还原+3价锑化合物制得,但高中不常要求写方程式。
\\ce{Sb\^{3+} + 3Zn + 3H+ -\> SbH3↑ + 3Zn\^{2+}}
锑化氢(SbH₃)剧毒,受热易分解,在玻璃管口会形成"锑镜",但不如"砷镜"著名。
\\ce{2SbH3 -\>\[\\Delta\] 2Sb(黑色) + 3H2}
总结与记忆要点
- 核心价态 :+3价最稳定 ,+5价有氧化性。
- 核心性质 :
- Sb₂O₃ / Sb(OH)₃ :两性偏碱(记:溶于酸和浓碱)。
- SbCl₃ :易水解(记:加酸抑制水解)。
- Sb₂S₃ :两性偏酸(记:溶于浓酸和Na₂S溶液)。
- Sb(V) :酸性介质中是氧化剂(记:能氧化Mn²⁺变紫)。
- 颜色与状态:Sb₂S₃(橙红)、Sb₂S₅(橙黄)、Sb₂O₃(白)。
掌握以上内容,就足以应对高中化学中关于锑的常见问题了。