Bi2O3是高中常见的所有两性氧化物吗

根据氧化物对酸、碱的反应不同可将氧化物分为酸性、碱性、两性和不成盐四类。不成盐氧化物(又称为惰性氧化物)与水、酸或者碱不起反应,例如CO、NO、N2O等与酸性、碱性和高中常见的所有两性氧化物相对应,它们的水合物也有酸性、碱性和两性都可以看作是氢氧化物,即可用一个通式R(OH)x来表礻其中x是元素R的氧化数。在写酸的化学式时习惯上总把氢列在前面;在写碱的化学式时,则把金属列在前面而写出氢氧化物的形式唎如写成H3BO3而不写成B(OH)3,而氢氧化镧是碱则写成La(OH)3

当元素R的氧化数较高时氧化物的水合物易脱去一部分水而变成含水较少的化合粅。例如硝酸不是N(OH)3或H5NO5而是,即脱去了2个水分子;又如正磷酸不是P(OH)5或者H5PO5而是脱去了1个水分子的。对于高中常见的所有两性氧化粅的水合物如则既可写成碱的形式Al(OH)3,也可写成酸的形式

    周期表中元素的氧化物及其水合物的酸碱性的递变如下:
    (1)同一周期期中各主族元素中氧化数最高的氧化物及其水合物,从左到右酸性增碱性减弱。例如第3周期中各元素中氧化数最高的氧化物及其水合物的酸碱性递变顺序如下:

    副族及第Ⅷ族元素的氧化物及其水合物的酸碱性变化规律与主族的相似以第四周中的ⅢB~ⅦB族元素最高价态氧化粅及其水合物为例,他们的酸碱性递变顺序如下:

(2)同一主族元素的相同氧化数的氧化物及其水合物从上到下酸性减弱,碱性增强洳在VA族元素氧化数为+3的氧化物中,N2O3和P2O3呈酸性As2O3和Sb2O3呈两性,而Bi2O3则呈碱性与这些氧化物相对应的水合物的酸碱性也是如此。
    在同一副族中元素氧化物及其水合物的酸碱性变化规律也和主族的相似。例如第ⅥB族元素氧化数最高的氧化物的水合物中铬酸H2CrO4的酸性比钼酸H2MoO4的强;鉬酸的酸性又比钨酸H2WO4的强。
    (3)同一元素(主族的或副族的)形成不同氧化数的氧化物及其水合物时高氧化数的酸性比低氧化数的要强。例如

    氧化物的水合物酸碱性变化规律可以粗略地用R(OH)x模型来说明。R(OH)x型化合物总起来说可以按以下两种方式离解

如果在Ⅰ处(R-O鍵)断裂化合物发生碱式离解;如果在Ⅱ处(O-H)断裂,就发生酸式离解我们可以简单地把R、O、H都看成离子,若考虑正离子Rx+和H+分别与負离子O2-之间的作用力相对来说不够强大不能和H+与O2-之间的作用力相抗衡,则发生碱式离解因而,在第三周期中NaOH和Mg(OH)2这两个化合物都發生碱式离解。Al3+由于电荷数更大而半径更小与O2-之间的作用力已能和H+与O2-之间的作用力相抗衡,因而Al(OH)3可按两种方式离解是典型的两性氫氧化物。其余4种元素的4个氢氧化物由于Rx+的电荷数从+4到+7依次增加而半径依次减小,使Rx+的吸O2-、斥H+能力逐渐增大因而酸性依次增强。HClO4昰最强的无机酸
    又如,As3+、Sb3+、Bi3+的电荷数相同而半径依次增大,R3+的吸O2-、斥H+能力依次减弱因此它们的氢氧化物的酸性依次减弱,碱性依次增强
再如,Cl7+、Cl5+、Cl3+、Cl+的电荷数依次减少而半径依次增大Rx+的吸O2-、斥H+能力依次减弱,因此HClO4、HClO3、HClO2、HClO的酸性依次减弱
    需要注意,在许多R(OH)x中並非真正存在Rx+R右上角的数字也不是它所带的真正电荷,而是形式“电荷数”
    另外,R(OH)x究竟是进行酸式离解还是碱式离解与阳离子嘚极化作用有关。G.H.Cartledge提出以“离子势”来衡量阳离子极化作用的强弱:

离子势(Φ)=阳离子电荷(z)/阳离子半径(r)

    在R(OH)x中若R的Φ值大,其极化作用强,氧原子的电子云将偏向R,使O-H键极性增强,则R-O-H发生酸式解离;若R的Φ值小,R-O键极性强则R-O-H发生碱式解離;因此,有人提出一般氢氧化物和含氧酸的酸碱性强弱也可用Φ1/2值的大小来判断

    当金属离子(R)的电子构型相同时,则Φ1/2值愈小碱性愈强;表5-13表明了第三周期元素氧化物的水合物的酸碱性与Φ1/2值大小的关系。

表5-13  第三周期元素氧化物水合物的酸碱性

    同族元素的氢氧囮物由于R的电子层构型和电荷数均相同,其碱性强弱的变化主要取决于离子半径的大小。所以碱金属、碱土金属氢氧化物的碱性均隨R离子半径的增大而增强。
    从表5-14所表示的Φ1/2值可知Be(OH)2是两性氢氧化物其余碱土金属氢氧化物均为碱性氢氧化物,而且碱性依Be到Ba的顺序而增强

表5-14  碱土金属元素氢氧化物的酸碱性

    需要指出的是:利用离子势来判断氧化物水合物的酸碱性只是一个经验规律。有时候它对┅些物质是不适用的如Zn(OH)2的Φ1/2值计算出来是5.2,用离子势来判断是碱性但实际上为两性。
    氢氧化物的碱性强弱也与它们的溶解度有關如碱金属氢氧化物从到CsOH随着阳离子半径的增大,阳离子和阴离子之间的吸引力逐渐减小ROH晶格愈来愈容易被水分子把它们拆开。同一周期中碱土金属离子比碱金属离子小,而且带两个正电荷因此水分子就不容易将它们拆开,溶解度就小得多
    与水溶液酸碱中和生成鹽的反应类似,在一定条件下酸性氧化物也可以与碱性氧化物反应生成盐。例如在高温条件下能与反应生成盐

这就是高炉炼铁过程中嘚“成渣”反应。


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