Question

2．砷（As）是第四周期第VA族元素，用化學(xué)用語回答問題．
（1）與砷同族的原子半徑最小的元素形成單質(zhì)的電子式為，其氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性比AsH₃強（填“強”或“弱”）
（2）砷在自然界中主要以硫化物形式（如雄黃AS₄S₄、雌黃As₂S₃等）存在．
①工業(yè)上以雄黃為原料制備砷的過程是先在空氣中煅燒使其轉(zhuǎn)化為砒霜（As₂O₃），然后用焦炭還原，寫出鍛燒時發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為As₄S₄+7O₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2As₂O₃+4SO₂．
②雌黃可被濃硝酸氧化為H₃AsO₄與S，硝酸被還原為NO₂，反應(yīng)中還原劑與氧化劑物質(zhì)的量之比為1：10．
（3）已知H₃AsO₃是兩性偏酸性的化合物，NaHAsO₃溶液呈堿性，原因是HAsO₃^2-+H₂O?H₂AsO₃^-+OH^-（用離子方程式表示），該溶液中c（H₂AsO₃^-）＞c （AsO₃^3-）（填“＞”、“＜”或“=”）．
（4 ）己知砷酸（H₃AsO₄）是三元酸，有較強的氧化性．
①常溫下砷酸的K₁=6×10^-3、K₂=1×10^-7，則0.6mol•L^-1的砷酸溶液中c（H⁺）約為0.06 mol•L^-1．
②某原電池裝置如圖所示，電池總反應(yīng)為AsO₄^3-+2I^-+H₂O?AsO₄^3-+I₂+2OH^-．當P池中溶液由無色變成藍色時，正極上的電極反應(yīng)式為AsO₄^3-+H₂O+2e^-=AsO₃^3-+2OH^-．當電流計指針歸中后向Q池中加入一定量的NaOH，則電子由Q（填“P”或“Q”）池中的流出．

Answer 1

分析 （1）與砷同族的原子半徑最小的元素為氮元素，形成的單質(zhì)為氮氣，氮原子間形成三對共用電子對，同主族氫化物穩(wěn)定性減弱；
（2）①雄黃As₄S₄在空氣中煅燒與氧氣反應(yīng)轉(zhuǎn)化為砒霜（As₂O₃）和二氧化硫；
②As₂S₃和HNO₃的反應(yīng)為：As₂S₃+10H⁺+10NO₃^-=2H₃AsO₄+3S+10NO₂↑+2H₂O，根據(jù)化合價的變化分析；
（3）NaHAsO₃溶液呈堿性是因為HAsO₃^2-在溶液中發(fā)生水解；HAsO₃^2-在溶液中電離程度小于水解程度；
（4）①常溫下砷酸的K₁=6×10^-3、K₂=1×10^-7，K₁=$\frac{c（{H}_{2}As{{O}_{4}}^{-}）c（{H}^{+}）}{c（{H}_{3}As{O}_{4}）}$，以第一步電離為主；
②電池總反應(yīng)為AsO₄^3-+2I^-+H₂O?AsO₃^3-+I₂+2OH．當P池中溶液由無色變成藍色時，說明P池發(fā)生的是負極氧化反應(yīng)，則Q池中發(fā)生正極的還原反應(yīng)，AsO₄^3-得電子還原為AsO₃^3-，據(jù)此可寫出電極反應(yīng)方程式，平衡后，加入NaOH溶液，反應(yīng)逆向進行，此時Q池中發(fā)生氧化反應(yīng)為負極反應(yīng)，電子應(yīng)由負極流向正極．

解答 解：（1）與砷同族的原子半徑最小的元素為氮元素，形成的單質(zhì)為氮氣，電子式為，氮原子間形成三對共用電子對，同主族氫化物穩(wěn)定性減弱，氣態(tài)氫化物NH₃的穩(wěn)定性比AsH₃ 強，
故答案為：；強；
（2）①雄黃As₄S₄在空氣中煅燒與氧氣反應(yīng)轉(zhuǎn)化為砒霜（As₂O₃）和二氧化硫，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：As₄S₄+7O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2As₂O₃+4SO₂，
故答案為：As₄S₄+7O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2As₂O₃+4SO₂；
 ②As₂S₃和HNO₃的反應(yīng)為：As₂S₃+10H⁺+10NO₃^-=2H₃AsO₄+3S+10NO₂↑+2H₂O，As的化合價從+3價升高到+5價，S的化合價從-2價升高到0價，N的化合價從+5價降低到+4價，則反應(yīng)中還原劑與氧化劑物質(zhì)的量之比為1：10；
故答案為：1：10；
（3）NaHAsO₃溶液呈堿性是因為HAsO₃^2-在溶液中發(fā)生水解，其水解方程式為：；HAsO₃^2-在溶液中電離程度小于水解程度，以水解為主，水解生成H₂AsO₃^-，則該溶液中c（H₂AsO₃^-）＞c（AsO₃^3-）；
故答案為：HAsO₃^2-+H₂O?H₂AsO₃^-+OH^-；＞；
（4）①常溫下砷酸的K₁=6×10^-3、K₂=1×10^-7，K₁=$\frac{c（{H}_{2}As{{O}_{4}}^{-}）c（{H}^{+}）}{c（{H}_{3}As{O}_{4}）}$，以第一步電離為主，則c（H⁺）≈$\sqrt{{K}_{1}×c（{H}_{3}As{O}_{4}）}$=$\sqrt{6×1{0}^{-3}×0.6}$=0.06mol/L；
故答案為：0.06；
②P池中溶液由無色變成藍色，說明P池Pt極為負極，則Q池中Pt極為正極．發(fā)生的電極反應(yīng)為AsO₄^3-+H₂O+2e^-=AsO₃^3-+2OH^-，平衡后，加入NaOH溶液，反應(yīng)逆向進行，此時Q池中Pt極為負極，電子應(yīng)由Q池流出；
故答案為：AsO₄^3-+H₂O+2e^-=AsO₃^3-+2OH^-；Q．

點評 本題以As及其化合物的性質(zhì)為知識背景，涉及水解平衡與電離平衡、氧化還原反應(yīng)的分析與計算、原電池原理及平衡的移動等，屬基礎(chǔ)考綜合應(yīng)用的考查，難題目度中等，對提高學(xué)生分析問題解決問題的能力培養(yǎng)有一定幫助．