三氧化氙

更新时间:2024-03-27 17:51

三氧化氙(Xenon trioxide),是一种无机化合物,分子式为XeO3,分子量为179.288。

理化性质

性质与稳定性

无色易潮解的固体,斜方晶系结晶,有强烈的爆炸性,但在干燥的空气中较稳定。密度4.55g/cm3,溶于水,在水溶液中是很强的氧化剂,在稀酸性溶液中是稳定的,在中性或碱性溶液中慢慢分解为Xe和O2,存在于碱中时为HXeO4-,在强碱中可形成Na4XeO6·xH2O。

化学性质

高于40℃分解。吸湿能力很强。易爆炸,在潮湿空气中爆炸力很强。在水中主要以分子形式存在,但在碱性溶液中主要以HXeO4-存在,与XeO3分子相比,HXeO4-分解的速度要快得多:

2HXeO4- → 2Xe + 3O2 + 2OH-

因此三氧化氙会以HXeO4-的形式迅速分解。

强碱浓度大于0.1mol/L时,三氧化氙会按下式歧化

2HXeO4- + 2OH- → XeO64- + Xe + O2 + 2H2O

碱的浓度越高,歧化速度越快,因而在碱的浓度较高时XeO64-的产率可达到50%。

三氧化氙是非常强的氧化剂。可以将Cl-氧化成Cl2,I-氧化为IO3-,Mn2+氧化为MnO2甚至MnO4-,还能将羧酸氧化为H2O和O2。用已知量的XeO3氧化有机物为CO2和H2O,然后用碘量法滴定剩余的XeO3,便可准确地测出有机物的含量。特别是对于那些难于氧化的羧酸(如乙酸琥珀酸),XeO3氧化法更显示出优越性。XeO3的还原产物为氙,几乎不给体系带来杂质。

可由氟化氙水解制得。用作氧化剂。也可作为高氙酸盐的制备原料。

结构

分子结构:Xe原子以sp3杂化轨道成键,XeO3分子为三角锥形分子。

晶体结构:斜方晶系;a = 616.3pm,b = 811.5pm,c = 523.4pm;每个单元包含4个XeO3分子。

制备方法

六氟化氙水解生成三氧化氙是传统的制备方法,有时也用四氟化氙水解歧化来制取三氧化氙,但这两个反应都进行得很剧烈,并容易发生爆炸,下述的制备方法较安全。

制备三氧化氙的实验装置如图1所示,此装置同时也用来制备高氙酸钠

A—Pyrex玻璃筒;B—主反应瓶;C—球形烧瓶;D—连接管;E—烧瓶底部小孔;F—三通;G—储存管;H—U形冷阱

图1中A为储存二氟磷酸的有刻度的Pyrex玻璃筒,此玻璃筒用一玻璃阀门与系统相连,一个倒置的球形烧瓶C用一个3/8英寸的连接管D连接到主反应瓶B上,在倒置的烧瓶C的底部有一孔E,在制备高氙酸钠时可以从这里引入NaOH溶液。XeF6从储存管G中通过一个聚三氟氯乙烯的T形连接管输送到主反应器中,安装在装置上的聚三氟氯乙烯的U形冷阱H可以很容易的与XeF6储存管G相互替换。

150mL的反应瓶B加热干燥并抽空,通过真空系统使0.83gXeF6从储存管G中转移到反应瓶中,并用液氮使其冷却到-195℃,在瓶底形成一个直径约3cm固体片,转移完后关闭反应瓶与真空系统的隔离阀,取下储存管G换上U形冷阱H。打开反应瓶及HOPOF2储存筒A与真空系统的隔离阀,使约1.2mLHOPOF2冷凝在XeF6之上,然后将HOPOF2储存筒A从系统中拆除,以减小万一发生爆燃所造成的损失。将反应瓶直接升温到22℃,XeF6溶于HOPOF2而形成黄绿色的溶液。用0℃的冷浴冷却反应瓶,而U形冷阱则用液氮冷却至-195℃。在大约0℃时,反应瓶中开始强烈鼓泡,几乎瞬间即沉淀出白色的XeO3结晶。慢慢将剩余的HOPOF2、HF和POF3抽出,直至没有明显的气体挥发出来为止。反应瓶中留下的结晶即为XeO3产品。

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