五氟化锑（一种金属锑的氟化物）
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更新时间：2023-05-19
五氟化锑
一种金属锑的氟化物
五氟化锑(Antimony Pentafluoride)是金属锑的氟化物，为无机物，化学式为SbF₅。五氟化锑外观呈无色油状液体，有刺激性气味，具有高粘性与吸湿性，可溶于过量水和冰醋酸，也可溶于氟化钾、液态二氧化硫等。其分子量为216.74，密度为2.99 g/cm³(23 ℃)。五氟化锑受热或遇酸时会分解放出剧毒气体氟气。五氟化锑也具有酸性，是一种路易斯酸，其可与水反应，发出声响并生成五氟化锑二水合物，也可与卤素、亚硝酰氟、硫和碳酸钠等物质反应，易生成稳定的加合物。
基本信息
中文名
五氟化锑
英文名
Antimony Pentafluoride
CAS号
7783-70-2
性质
化学式
SbF₅
结构式
摩尔质量
216.74
外观
无色油状液体
气味
刺激性气味
密度
2.99 g/cm³(23 ℃)
熔点
8.3 ℃
沸点
149.5 ℃
溶解性
溶于过量水和冰醋酸，溶于氟化钾、液态二氧化硫
表面张力
0.20 N/m(20 ℃)
黏度
0.768 cP(24.4 ℃)
蒸气压
1.33 kPa(25 ℃)
危险性
NFPA 704
蓝4：可能致命。
红0：在普通火灾情况下不会燃烧。
黄1：通常稳定，但在高温高压下不稳定。
分子结构
五氟化锑球棍模型
在气相状态下，五氟化锑为三角双锥结构，而在液态和固态时，五氟化锑属单斜晶系，B2₁/m空间群，分子以四聚体的形式呈之字链接排列，具有顺氟桥结构，两个小单元中的锑原子由顺氟桥连接形成扭曲的八面体配位结构。两种Sb-F键平均键长分别为1.82 Å和2.02 Å，两种Sb-F-Sb键角分别为170°和141°。四聚体结构如下图所示：
五氟化锑四聚体结构
理化性质
物理性质
五氟化锑外观呈无色油状液体，有刺激性气味，具有高粘性与吸湿性，溶于过量水和冰醋酸，亦溶于氟化钾、液态二氧化硫等。其分子量为216.74，密度为2.99 g/cm³(23 ℃)，熔点为8.3 ℃，沸点为149.5 ℃，蒸气压为1.33 kPa(25 ℃)，黏度为0.768 cP(24.4 ℃)，表面张力为0.20 N/m(20 ℃）。
化学性质
五氟化锑是一种强氧化剂，具有腐蚀性，能缓慢腐蚀玻璃等物质，受热或遇酸时会分解放出剧毒气体氟气。五氟化锑也具有酸性，是一种路易斯酸，其可与水反应，发出声响并生成五氟化锑二水合物，也可与卤素、亚硝酰氟、硫和碳酸钠等物质反应。
与水反应
五氟化锑可与水反应，与水接触时发出声响，生成二水合物SbF₅·2H₂O，反应方程式如下：
与卤素反应
五氟化锑可与卤素反应，生成混合的五卤化物，如将其与碘加热至碘沸点以上时，生成暗棕色的SbF₅I；加热至160-220 ℃时，生成暗绿色的(SbF₅I)₂I晶体，反应方程式如下。五氟化锑还可与其他卤素反应，如与氯反应可生成SbCI₄F、SbCI₃F₂和SbCI₂F₃。
与亚硝酰氟反应
五氟化锑可与亚硝酰氟(NOF)反应，生成稳定的加合物SbF₅·NOF。反应方程式如下：
与硫反应
五氟化锑可与硫反应。硫溶解在五氟化锑中，形成深蓝色溶液，可析出SbF₅S结晶。SbF₅S可进一步与水反应，生成三氟化锑、硫沉淀、氟化氢和氟化亚硫酰，氟化亚硫酰再与水反应可生成二氧化硫气体。反应方程式如下：
与碳酸钠反应
与氟化钾反应
五氟化锑可与氟化钾反应。与氟化钾反应时，生成KF·SbF₅；与氟化钾和水共同反应时，生成闪光晶体SbF₅·(KF)₂·H₂O。反应方程式如下：
与六氟合锰酸钾反应
五氟化锑可在150 ℃条件下与六氟合锰酸钾反应，生成六氟合锑酸钾、三氟化锰和氟气。反应方程式如下：
制备方法
五氯化锑-氟化氢
五氟化锑可由五氯化锑与氟化氢反应制得。首先向装有气体导入管、回流冷凝器、温度计套管的铝制反应器中投入五氯化锑，导入氟化氢气体，加热至停止产生氯化氢后进行冷却，接着将回流冷凝器升温，以蒸出未反应的氟气，最后加热除尽氟化氢。此时反应器中的剩余物即为粗五氟化锑，将其分馏即得五氟化锑成品。反应方程式如下：
三氧化二锑-过氧化氢-氟化氢
五氟化锑可由三氧化二锑与过氧化氢和氟化氢反应制得。三氧化二锑与过氧化氢和氟化氢反应，生成H₃OSbF₆，再将H₃OSbF₆与COF₂反应即可制得五氟化锑。反应方程式如下：
三氧化二锑-氟气
五氟化锑可由三氧化二锑与氟气反应制得。首先使原料氟气净化，去除氟气中含有不能冷凝的高沸点杂质气体，然后将氟气和三氧化二锑进行合成反应生成液态五氟化锑粗产品，再通过精馏工艺，使液态五氟化锑粗产品气化、冷凝，去除粗产品中的杂质气体后得到高纯度的液态五氟化锑产品。该法设备简单、操作方便、设备运行安全，产品质量稳定、纯度高。反应方程式与流程图如下：
三氧化二锑-氟气制备五氟化锑工艺流程图
金属锑-氟气
五氟化锑可由金属锑与氟气反应制备得。将金属锑块进行破碎，加入反应器中，反应器抽负压并加热，以除去反应器和物料中的水份。再向反应器中通入氮气加压到常压，缓慢通入氟气，反应生成五氟化锑蒸汽，反应开始升温，经多次放空直到缓冲罐压力不再上升为止，将五氟化锑蒸汽通过冷凝回流的方式制得五氟化锑成品。反应方程式与装置图如下：
金属锑-氟气制备五氟化锑装置图
三氟化锑-氟气
五氟化锑可由三氟化锑与氟气反应制得。将氟气通入气态三氟化锑中，在加热状态下可缓慢生成五氟化锑，反应方程式如下：
检测方法
电感耦合等离子体发射光谱法
五氟化锑可由电感耦合等离子体发射光谱法进行检测。由于五氟化锑中锑元素存在三价和五价两个价态，通过检测三氟化锑的含量即可间接实现对五氟化锑纯度的检测。利用氧化还原滴定法对三价锑含量进行测量，再将样品溶液在206.836 nm处用电感耦合等离子体发射光谱仪进行分析得锑元素总含量。由锑元素总含量中减去三价锑含量，即得五价锑含量。该法简便易行、便于操作，测量精度高，适用于以氟气和单质锑为原料制备的五氟化锑产品纯度的检测。
试纸检测法
五氟化锑含量可由试纸进行检测。将苯芴酮、十六烷基三甲基溴化铵、抗坏血酸及草酸与无水乙醇配制成四种溶液，再将上述四种溶液混合即配制成浸渍液，滤纸浸泡于浸渍液中，取出干燥即得检测试纸。使用时将检测试纸浸入样品溶液中，试纸取出后经显色反应变为橘红色，随着待测液中锑离子浓度的增加，所显颜色从浅橘红色逐渐加深为深橘红色，根据颜色的深浅即可半定量检测锑离子的含量，进一步可得五氟化锑含量。
其他检测方法
应用领域
制备超强酸
五氟化锑可用于制备超强酸氟磺酸-五氟化锑、氟化氢-五氟化锑等。在氟磺酸中加入作为路易斯酸的五氟化锑，反应生成HSO₃F·SbF₅超强酸，酸性极大增强。当氟磺酸和五氟化锑物质的量比为1:1时，所生成的超强酸H₀值为﹣25。在无水氢氟酸中加入五氟化锑时生成HF·SbF₅超强酸，简称氟锑酸。反应方程式如下：
HSO₃F·SbF₅结构式
有机化学领域
氟化剂
五氟化锑可在有机反应中作氟化剂。如用于卤化物的卤置换反应中，即有机卤化物与无机卤化物之间进行卤原子的交换，又称Finkelstein卤素交换反应。使用五氟化锑的特点是其可以选择性作用于同一碳原子的多卤原子，而不与单卤原子交换。如CCl₃CH₂CH₂Cl在五氟化锑和三氟化锑的共同作用下，生成CF₃CH₂CH₂Cl和CF₂ClCH₂CH₂Cl，反应方程式如下。此外，五氟化锑还能通过其他取代或加成等反应向有机化合物分子中引入氟原子，也是合成含氟炸药及其中间体的重要原料。
催化剂
五氟化锑可在有机反应中作催化剂，如烷烃的异构化、芳烃的烷基化以及氧化、酯化、聚合等反应。烷烃在一般条件下活性很低，难以发生离子型反应，但在五氟化锑形成的超强酸中，其在较低温度下也能发生质子化，从而引起各种化学反应。超强酸能使烷烃发生缩聚反应，可用于天然气中甲烷、乙烷等简单烷烃制取燃料汽油。超强酸还可在室温下使烷烃异构化，如己烷、庚烷等，可用于提高汽油的辛烷值。
形成碳正离子
五氟化锑可用于有机物中碳正离子的形成，以研究碳正离子其结构与稳定性的关系。如将叔丁基氟溶于过量五氟化锑中，可形成叔丁基正离子。由于碳正离子可稳定地长期存在于超强酸中，所以五氟化锑形成的超强酸如HSO₃F·SbF₅、HF·SbF₅也可用于碳正离子的形成，反应方程式如下：
高分子领域
五氟化锑可用于高分子领域。当五氟化锑作掺杂剂对导电聚合物或导电高分子化合物进行掺杂时，因其为易接受电子的电子受体物质，所以可通过形成电荷转移络合物而提高聚合物或高分子化合物的导电性。此外，五氟化锑可用于硫化胶表面的处理，用液态五氟化锑或气态五氟化锑处理丁腈橡胶硫化胶表面时，可使其摩擦系数和摩擦温度降低。五氟化锑还可用于制备韧性热固化环氧胶等。
石墨处理
五氟化锑可用于石墨处理，制备GIC、氟化石墨等。石墨经盐酸、双氧水的浸泡后得膨胀石墨，抽真空后将五氟化锑作插层剂周期性插入于石墨烯层，可形成石墨层间化合物(GIC)，得到插层石墨。再把插层石墨放入封闭的反应炉中，通入氟气可制得氟化石墨。
石墨插层步骤
其他应用
安全事宜
毒理学数据
LC50：小鼠 吸入 270 mg/cm³
LD50：小鼠 皮下 270 mg/kg
职业接触极限
健康危害
五氟化锑具有腐蚀性与刺激性，易对人体健康造成伤害。短期接触五氟化锑，会刺激眼睛、皮肤和呼吸道，吸入可能引起肺水肿。五氟化锑与血液发生作用，可能导致钙血症、心脏及肾脏衰竭，严重时可致死亡；长期接触五氟化锑，可能会引起皮肤过敏，还可能导致肺纤维化或支气管炎。五氟化锑不易从体内排出，在接触其一个月以后还能在脏器中检出。锑主要从粪便中排出，氟主要从尿液中排出。
皮肤接触 | 发红，严重皮肤烧伤 |
眼睛接触 | 发红、疼痛，视力模糊 |
吸入 | 咳嗽、呼吸困难及咽喉疼痛 |
摄入 | 呕吐、腹泻及腹部疼痛 |
应对措施
急救
皮肤接触 | 脱掉被污染衣物，用大量水冲洗皮肤或淋浴，并及时就医 |
眼睛接触 | 用大量水冲洗数分钟（若佩戴隐形眼镜应取出），并及时就医 |
吸入 | 呼吸新鲜空气，保持半直立体位，并及时就医 |
摄入 | 漱口，并及时就医 |
泄露
如发生五氟化锑泄露，应疏散泄漏污染区人员至安全区，禁止无关人员进入污染区。应急处理人员应戴好防毒面具，穿化学防护服，不要直接接触泄漏物，在确保安全情况下进行堵漏。可喷洒雾状水以减少其蒸发，再利用用沙土等惰性材料吸收，随后转移到安全场所。如大量泄漏，可利用围堤收容，然后经收集、转移、回收或无害处理后废弃。转移过程中应远离易燃、可燃物，避免与水、醇类物质接触。搬运时要轻装轻卸，防止包装及容器损坏。
处理五氟化锑时，可将其分批次倒入至大量水中，并用碳酸钠中和，稀释后的污水经废水系统排放。或将五氟化锑用盐酸溶解后，用硫化氢饱和，过滤出硫酸锑沉淀，淋洗干燥后用空气气提溶液中溶解的硫化氢，然后送入装有石灰淋洗器的焚烧装置中，经气提的滤液同石灰反应，生成的沉淀物用土地填埋处置。
火灾
储存与贮运
五氟化锑应储存于阴凉、干燥和通风良好处，远离火种、热源并与易(可)燃物、水、醇类及食用化学品分开存放，切忌混储，保持容器密封。储存区应备有泄漏应急处理设备和合适的收容材料。
