Химия. Полный справочник для подготовки к ЕГЭ
Шрифт:
7.4.4. Фосфор
Фосфор– элемент 3-го периода и VA-группы Периодической системы, порядковый номер 15. Электронная формула атома [ 10Ne]3s 23p 3, устойчивая степень окисления в соединениях +V.
Шкала степеней окисления фосфора:
Электроотрицательность фосфора (2,32) значительно ниже, чем у типичных неметаллов, и немного выше, чем у водорода. Образует различные кислородсодержащие кислоты, соли и бинарные соединения, проявляет неметаллические (кислотные) свойства. Большинство фосфатов нерастворимы в воде.
В природе – тринадцатыйпо химической распространенности элемент (шестой среди неметаллов), встречается только в химически связанном виде. Жизненно важный элемент.
Недостаток фосфора в почве восполняется введением фосфорных удобрений – главным образом суперфосфатов.
Красный и белый фосфорР.Известно несколько аллотропных форм фосфора в свободном виде, главные – это белый фосфорР 4и красный фосфорР n. В уравнениях реакций аллотропные формы представляют как Р (красн.) и Р (бел.).
Красный фосфор состоит из полимерных молекул Р nразной длины. Аморфный, при комнатной температуре медленно переходит в белый фосфор. При нагревании до 416 °C возгоняется (при охлаждении пара конденсируется белый фосфор). Нерастворим в органических растворителях. Химическая активность ниже, чем у белого фосфора. На воздухе загорается только при нагревании.
Применяется как реагент (более безопасный, чем белый фосфор) в неорганическом синтезе, наполнитель ламп накаливания, компонент намазки коробка при изготовлении спичек. Не ядовит.
Белый фосфор состоит из молекул Р 4. Мягкий как воск (режется ножом). Плавится и кипит без разложения (t пл44,14 °C, t кип287,3 °C, 1,82 г/см 3). Окисляется на воздухе (зеленое свечение в темноте), при большой массе возможно самовоспламенение. В особых условиях переводится в красный фосфор. Хорошо растворим в бензоле, эфирах, сероуглероде. Не реагирует с водой, хранится под слоем воды. Чрезвычайно химически активен. Проявляет окислительно-восстановительные свойства. Восстанавливает благородные металлы из растворов их солей.
Применяется в производстве Н 3РO 4и красного фосфора, как реагент в органических синтезах, раскислитель сплавов, зажигательное средство. Горящий фосфор следует гасить песком (но не водой!). Чрезвычайно ядовит.
Уравнения важнейших реакций:
Получениев промышленности– восстановление фосфорита раскаленным коксом (песок добавляют для связывания кальция):
Са 3(РO 4) 2+ 5С + 3SiO 2= 3CaSiO 3+ 2 Р+ 5СО (1000 °C)
Пар фосфора охлаждают и получают твердый белый фосфор.
Красный фосфор готовят из белого фосфора (см. выше), в зависимости от условий степень полимеризации n (Р n) может быть различной.
ФосфинРН 3.Бинарное соединение, степень окисления фосфора равна – III. Бесцветный газ с неприятным запахом. Молекула имеет строение незавершенного тетраэдра [: Р(Н) 3] (sр 3– гибридизация). Мало растворим в воде, не реагирует с ней (в отличие от NH 3). Сильный восстановитель, сгорает на воздухе, окисляется в HNO 3(конц.). Присоединяет HI. Применяется для синтеза фосфорорганических соединений. Сильно ядовит.
Уравнения важнейших реакций:
Получениев лаборатории:
Са 3Р 2+ 6НCl (разб.) = ЗСаCl 2+ 2 РН 3^
Оксид фосфора (V)Р 2O 5.Кислотный оксид. Белый, термически устойчивый. В твердом и газообразном состояниях димер Р 4О 10со строением из четырех тетраэдров [O=Р(O) 3], связанных по трем вершинам (Р – О—Р). При очень высоких температурах мономеризуется до Р 2O 5. Существует также стеклообразный полимер (Р 2O 5) n. Чрезвычайно гигроскопичен, энергично реагирует с водой, щелочами. Восстанавливается белым фосфором. Отнимает воду у кислородсодержащих кислот.
Применяется как весьма эффективный дегидратирующий агент для осушения твердых веществ, жидкостей и газовых смесей, реагент в производстве фосфатных стекол, катализатор полимеризации алкенов. Ядовит.
Уравнения важнейших реакций:
Получение: сжигание фосфора (см.) в избытке сухого воздуха.
Ортофосфорная кислотаН 3РO 4.Оксокислота. Белое вещество, гигроскопичное, конечный продукт взаимодействия Р 2O 5с водой. Молекула имеет строение искаженного тетраэдра [Р(O)(OН) 3] (sр 3– гибридизация), содержит ковалентные -связи Р – ОН и , -связь Р=O. Плавится без разложения, при дальнейшем нагревании разлагается. Хорошо растворяется в воде (548 г/100 г Н 2O). Слабая кислота в растворе, нейтрализуется щелочами, не полностью – гидратом аммиака. Реагирует с типичными металлами. Вступает в реакции ионного обмена.
Качественная реакция– выпадение желтого осадка ортофосфата серебра (I). Применяется в производстве минеральных удобрений, для осветления сахарозы, как катализатор в органическом синтезе, компонент антикоррозионных покрытий на чугуне и стали.
Уравнения важнейших реакций:
Получениев промышленности: кипячение фосфоритной руды в серной кислоте:
Са 3(РO 4) 2+ 3H 2SO 4(конц.) = 2 Н 3РO 4+ 3CaSO 4V
Ортофосфат натрияNa 3PO 4.Оксосоль. Белый, гигроскопичный. Плавится без разложения, термически устойчивый. Хорошо растворим в воде, гидролизуется по аниону, создает в растворе сильнощелочную среду. Реагируется в растворе с цинком и алюминием. Вступает в реакции ионного обмена.
Качественная реакцияна ион РO 4 3-– образование желтого осадка ортофосфата серебра (I).
Применяется для устранения «постоянной» жесткости пресной воды, как компонент моющих средств и фотопроявителей, реагент в синтезе каучука. Уравнения важнейших реакций: