1. Положение фосфора в периодической системе химических элементов
2. Строение атома фосфора
3. Физические свойства и нахождение в природе
4. Строение молекулы
5. Соединения фосфора
6. Способы получения
7. Химические свойства
7.1. Взаимодействие с простыми веществами
7.1.1. Взаимодействие с кислородом
7.1.2. Взаимодействие с галогенами
7.1.3. Взаимодействие с серой
7.1.4. Взаимодействие с металлами
7.1.5. Взаимодействие с активными металлами
7.1.6. Взаимодействие с водородом
7.2. Взаимодействие со сложными веществами
7.2.1. Взаимодействие с окислителями
7.2.2. Взаимодействие с щелочами
Фосфин
1. Строение молекулы и физические свойства
2. Способы получения
3. Химические свойства
3.1. Основные свойства
3.2. Взаимодействие с кислородом
3.3. Восстановительные свойства
Фосфиды
Способы получения фосфидов
Химические свойства фосфидов
Оксиды фосфора
1. Оксид фосфора (III)
2. Оксид фосфора (V)
Фосфорная кислота
1. Строение молекулы и физические свойства
2. Способы получения
3. Химические свойства
3.1. Диссоциация фосфорной кислоты
3.2. Кислотные свойства фосфорной кислоты
3.3. Взаимодействие с солями более слабых кислот
3.4. Разложение при нагревании
3.5. Взаимодействие с металлами
3.6. Качественная реакция на фосфат-ионы
Фосфористая кислота
Соли фосфорной кислоты
Фосфор
Положение в периодической системе химических элементов
Фосфор расположен в главной подгруппе V группы (или в 15 группе в современной форме ПСХЭ) и в третьем периоде периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.
Электронное строение фосфора
Электронная конфигурация фосфора в основном состоянии:
Атом фосфора содержит на внешнем энергетическом уровне 3 неспаренных электрона и одну неподеленную электронную пару в основном энергетическом состоянии. Следовательно, атом фосфора может образовывать 3 связи по обменному механизму. Однако, в отличие от азота, за счет вакантной 3d орбитали атом фосфора может переходить в возбужденное энергетическое состояние.
Электронная конфигурация фосфора в возбужденном состоянии:
При этом один электрон из неподеленной электронной пары на 3s-орбитали переходит на переходит на 3d-орбиталь. Для атома фосфора в возбужденном энергетическом состоянии характерна валентность V.
Таким образом, максимальная валентность фосфора в соединениях равна V (в отличие от азота). Также характерная валентность фосфора в соединениях — III.
Степени окисления атома фосфора – от -3 до +5. Характерные степени окисления -3, 0, +1, +3, +5.
Физические свойства и нахождение в природе
Фосфор образует различные простые вещества (аллотропные модификации).
Белый фосфор — это вещество состава P4. Мягкий, бесцветный, ядовитый, имеет характерный чесночный запах. Молекулярная кристаллическая решетка, а следовательно, невысокая температура плавления (44°С), высокая летучесть. Очень реакционно способен, самовоспламеняется на воздухе.
Белый фосфор:
Покрытие бумаги раствором белого фосфора в сероуглероде. Спустя некоторое время, когда сероуглерод испаряется, фосфор воспламеняет бумагу (процесс лег в основу различных фокусов с самовозгоранием или получением огня из ничего):
Белый фосфор можно расплавить в ёмкости с тёплой водой, поскольку он имеет температуру плавления в 44,15 °C.
Красный фосфор – это модификация с атомной кристаллической решеткой. Формула красного фосфора Pn, это полимер со сложной структурой. Твердое вещество без запаха, красно-бурого цвета, не ядовитое. Это гораздо более устойчивая модификация, чем белый фосфор. В темноте не светится. Образуется из белого фосфора при t=250-300оС без доступа воздуха.
Черный фосфор – то наиболее стабильная термодинамически и химически наименее активная форма элементарного фосфора. Чёрный фосфор — это чёрное вещество с металлическим блеском, жирное на ощупь и весьма похожее на графит, полностью нерастворимое в воде или органических растворителях.
Черный фосфор:
Известны также такие модификации, как желтый фосфор и металлический фосфор. Желтый фосфор – это неочищенный белый фосфор. При очень высоком давлении фосфор переходит в новую модификацию – металлический фосфор, который очень хорошо проводит электрический ток.
В природе фосфор встречается только в виде соединений. В основном это апатиты (например, Ca3(PO4)2), фосфориты и др. Фосфор входит в состав важнейших биологических соединений —фосфолипидов.
Соединения фосфора
Типичные соединения фосфора:
Степень окисления | Типичные соединения |
+5 | оксид фосфора (V) P2O5
ортофосфорная кислота H3PO4 метафосфорная кислота HPO3 пирофосфорная кислота H4P2O7 фосфаты MePO4 Гидрофосфаты MeНРО4 Дигидрофосфаты MeН2РО4 Галогенангидриды: PОCl3, PCl5 |
+3 | Оксид фосфора (III) P2O3
Фосфористая кислота H3PO3 Фосфиты MeHPO3 Галогенангидриды: PCl3 |
+1 | Фосфорноватистая кислота H3PO2
Соли фосфорноватистой кислоты — гипофосфиты: MeH2PO2 |
-3 | Фосфин PH3
Фосфиды металлов MeP |
Способы получения фосфора
1. Белый фосфор получают из природных фосфатов, прокаливая их с коксом и песком в электрической печи:
Ca3(PO4)2 + 3SiO2 + 5C → 3CaSiO3 + 5CO + 2P
2. Вместо фосфатов можно использовать другие неорганические соединения фосфора, например, метафосфорную кислоту.
4HPO3 + 10C → P4 + 2H2O + 10 CO
3. Красный и черный фосфор получают из белого фосфора.
Химические свойства фосфора
При нормальных условиях фосфор довольно химически активен.
1. Фосфор проявляет свойства окислителя (с элементами, которые расположены ниже и левее в Периодической системе) и свойства восстановителя (с элементами, расположенными выше и правее). Поэтому фосфор реагирует с металлами и неметаллами.
1.1. При взаимодействии с кислородом воздуха образу
ются оксиды – ангидриды соответствующих кислот:
4P + 3O2 → 2P2O3
4P + 5O2 → 2P2O5
Горение белого фосфора:
Горение красного фосфора:
1.2. При взаимодействии фосфора с галогенами образуются галогениды с общей формулой PHal3 и PHal5:
2P + 3Cl2 → 2PCl3
2P + 5Cl2 → 2PCl5
Фосфор реагирует с бромом:
1.3. При взаимодействии фосфора с серой образуются сульфиды:
2P + 3S → P2S3
2P + 5S → P2S5
1.4. При взаимодействии с металлами фосфор проявляет свойства окислителя, продукты реакции называют фосфидами.
Например, кальций и магний реагируют с фосфором с образованием фосфидов кальция и магния:
2P + 3Ca → Ca3P2
2P + 3Mg → Mg3P2
Еще пример: натрий взаимодействует с фосфором с образованием фосфида натрия:
P + 3Na → Na3P
1.5. С водородом фосфор непосредственно не взаимодействует.
2. Со сложными веществами фосфор реагирует, проявляя окислительные и восстановительные свойства. Фосфор диспропорционирует при взаимодействии с некоторыми веществами.
2.1. При взаимодействии с окислителями фосфор окисляется до оксида фосфора (V) или до фосфорной кислоты.
Например, азотная кислота окисляет фосфор до фосфорной кислоты:
5HNO3 + P → H3PO4 + 5NO2↑ + H2O
5HNO3 + 3P + 2H2O → 3H3PO4 + 5NO↑
Серная кислота также окисляет фосфор:
2P + 5H2SO4 → 2H3PO4 + 5SO2 + 2H2O
Соединения хлора, например, бертолетова соль, также окисляют фосфор:
6P + 5KClO3 → 3P2O5 + 5KCl
Реакция красного фосфора с бертолетовой солью. Этот процесс заложен в принципе возгорания спички при трении её о шершавую поверхность коробка.
Некоторые металлы-сильные окислители также окисляют фосфор. Например, оксид серебра (I):
2P + 5Ag2O → P2O5 + 10Ag
2.2. При растворении в щелочах фосфор диспропорционирует до гипофосфита и фосфина.
Например, фосфор реагирует с гидроксидом калия:
4P + 3KOH + 3H2O → 3KH2PO2 + PH3↑ или
P4 + 3KOH + 3H2O → 3KH2PO2 + PH3↑
Или с гидроксидом кальция:
8P + 3Ca(OH)2 + 6H2O → 3Ca(H2PO2)2 + 2PH3↑
Фосфин
Строение молекулы и физические свойства
Фосфин PH3 – это бинарное соединение водорода с фосфором, относится к летучим водородным соединениям. Следовательно, фосфин газ, с неприятным запахом, бесцветный, мало растворимый в воде, химически нестойкий и ядовитый. Водородные связи между молекулами фосфина не образуются. В твердом состоянии имеет молекулярную кристаллическую решетку.
Геометрическая форма молекулы фосфина похожа на структуру аммиака — правильная треугольная пирамида. Но валентный угол H-P-H меньше, чем угол H-N-H в аммиаке и составляет 93,5о.
У атома фосфора в фосфине на внешнем энергетическом уровне остается неподеленная электронная пара. Эта электронная пара оказывает значительное влияние на свойства фосфина, а также на его структуру. Электронная структура фосфина — тетраэдр , с атомом фосфора в центре.
Способы получения фосфина
В лаборатории фосфин получают водным или кислотным гидролизом фосфидов – бинарных соединений фосфора и металлов.
Например, фосфин образуется при водном гидролизе фосфида кальция:
Ca3P2 + 6H2O → 3Са(ОН)2 + 2PH3
Или при кислотном гидролизе, например, фосфида магния в соляной кислоте:
Mg3P2 + 6HCl → 3MgCl2 + 2PH3↑
Еще один лабораторный способ получения фосфина – диспропорционирование фосфора в щелочах.
Например, фосфор реагирует с гидроксидом калия с образованием гипофосфита калия и фосфина:
4P + 3KOH + 3H2O → 3KH2PO2 + PH3↑
Химические свойства фосфина
1. В водном растворе фосфин проявляет очень слабые основные свойства (за счет неподеленной электронной пары). Принимая протон (ион H+), он превращается в ион фосфония. Основные свойства фосфина гораздо слабее основных свойств аммиака. Проявляются при взаимодействии с безводными кислотами.
Например, фосфин реагирует с йодоводородной кислотой:
PH3 + HI → PH4I
Соли фосфония неустойчивые, легко гидролизуются.
2. Фосфин PH3 – сильный восстановитель за счет фосфора в степени окисления -3. На воздухе самопроизвольно самовоспламеняется:
2PH3 + 4O2 → P2O5 + 3H2O
PH3 + 2O2 → H3PO4
3. Как сильный восстановитель, фосфин легко окисляется под действием окислителей.
Например, азотная кислота окисляет фосфин. При этом фосфор переходит в степень окисления +5 и образует фосфорную кислоту.
PH3 + 8HNO3 → H3PO4 + 8NO2 + 4H2O
Серная кислота также окисляет фосфин:
PH3 + 3H2SO4 → H3PO4 + 3SO2 + 3H2O
С фосфином также реагируют другие соединения фосфора, с более высокими степенями окисления фосфора.
Например, хлорид фосфора (III) окисляет фосфин:
2PH3 + 2PCl3 → 4P + 6HCl
Фосфиды
Фосфиды – это бинарные соединения фосфора и металлов или некоторых неметаллов.
Способы получения фосфидов
Фосфиды получают при взаимодействии фосфора с металлами. При этом фосфор проявляет свойства окислителя.
Например, фосфор взаимодействует с магнием и кальцием:
2P + 3Mg → Mg3P2
2P + 3Ca → Ca3P2
Фосфор взаимодействует с натрием:
P + 3Na → Na3P
Химические свойства фосфидов
1. Фосфиды легко разлагаются водой или кислотами с образованием фосфина.
Например, фосфид кальция разлагается водой:
Ca3P2 + 6H2O → 3Са(ОН)2 + 2PH3↑
Фосфид магния разлагается соляной кислотой:
Mg3P2 + 6HCl → 3MgCl2 + 2PH3↑
2. Фосфиды металлов проявляют сильные восстановительные свойства за счет фосфора в степени окисления -3.
Оксиды фосфора
Оксиды азота | Цвет | Фаза | Характер оксида |
P2O3 Оксид фосфора (III), фосфористый ангидрид | белый | твердый | кислотный |
P2O5 Оксид фосфора(V), фосфорный ангидрид | белый | твердый | кислотный |
Оксид фосфора (III)
Оксид фосфора (III) – это кислотный оксид. Белые кристаллы при обычных условиях. Пары состоят из молекул P4O6.
Получить оксид фосфора (III) можно окислением фосфора при недостатке кислорода:
4P + 3O2 → 2P2O3
Химические свойства оксида фосфора (III):
Оксид фосфора (III) очень ядовит и неустойчив. Для P2O3 (P4O6) характерны два типа реакций.
1. Поскольку фосфор в оксиде фосфора (III) проявляет промежуточную степень окисления, то он принимает участие в окислительно-восстановительных процессах, повышая либо понижая степень окисления атома фосфора. Характерны для P2O3 реакции диспропорционирования.
Например, оксид фосфора (III) диспропорционирует в горячей воде:
2Р2О3 + 6Н2О (гор.) → РН3 + 3Н3РО4
2. При взаимодействии с окислителями P2O3 проявляет свойства восстановителя.
Например, N2O окисляется кислородом:
Р2О3 + О2 → Р2О5
3. С другой стороны Р2О3 проявляет свойства кислотного оксида (ангидрид фосфористой кислоты), взаимодействуя с водой с образованием фосфористой кислоты:
Р2О3 + 3Н2О → 2Н3РО3
а со щелочами – с образованием солей (фосфитов):
Р2О3 + 4KOH → 2K2HРО3 + H2O
Оксид фосфора (V)
Оксид фосфора (V) – это кислотный оксид. В нормальных условиях образует белые кристаллы. В парах состоит из молекул P4О10. Очень гигроскопичен (используется как осушитель газов и жидкостей).
Способы получения. Оксид фосфора (V) получают сжиганием фосфора в избытке кислорода.
4P + 5O2 → 2P2O5
Химические свойства.
1. Оксид фосфора (V) – очень гигроскопичное вещество, которое используется для осушения газов. Обладая высоким сродством к воде, оксид фосфора (V) дегидратирует до ангидридов неорганические и органические кислоты.
Например, оксид фосфора (V) дегидратирует серную, азотную и уксусную кислоты:
P2O5 + H2SO4 → 2HPO3 + SO3
P2O5 + 2HNO3 → 2HPO3 + N2O5
P2O5 + 2CH3COOH → 2HPO3 + (CH3CO)2O
2. Фосфорный ангидрид является типичным кислотным оксидом, взаимодействует с водой с образованием фосфорных кислот:
P2O5 + 3H2O → 2H3PO4
В зависимости от количества воды и от других условий образуются мета-фосфорная, орто-фосфорная или пиро-фосфорная кислота:
P2O5 + 2H2O → 2H4P2O7
P2O5 + H2O → HPO3
Видеоопыт взаимодействия оксида фосфора с водой можно посмотреть здесь.
3. Как кислотный оксид, оксид фосфора (V) взаимодействует с основными оксидами и основаниями.
Например, оксид фосфора (V) взаимодействует с гидроксидом натрия. При этом образуются средние или кислые соли:
P2O5 + 6NaOH → 2Na3PO4 + 3H2O
P2O5 + 2NaOH + H2O → 2NaH2PO4
P2O5 + 4NaOH → 2Na2HPO4 + H2O
Еще пример: оксид фосфора взаимодействует с оксидом бария (при сплавлении):
P2O5 + 3BaO → Ba3(PO4)2
Фосфорная кислота
Строение молекулы и физические свойства
Фосфор в степени окисления +5 образует несколько кислот: орто-фосфорную H3PO4, мета-фосфорную HPO3, пиро-фосфорную H4P2O7.
Фосфорная кислота H3PO4 – это кислота средней силы, трехосновная, прочная и нелетучая. При обычных условиях фосфорная кислота – твердое вещество, хорошо растворимое в воде и гигроскопичное.
Валентность фосфора в фосфорной кислоте равна V.
При температуре выше +213 °C орто-фосфорная кислота переходит в пирофосфорную H4P2O7.
При взаимодействии высшего оксида фосфора с водой на холоде образуется метафосфорная кислота HPO3, представляющая собой прозрачную стекловидную массу.
Способы получения
Наибольшее практическое значение из фосфорных кислот имеет орто-фосфорная кислота.
1. Получить орто-фосфорную кислоту можно взаимодействием оксида фосфора (V) с водой:
P2O5 + 3H2O → 2H3PO4
2. Еще один способ получения фосфорной кислоты — вытеснение фосфорной кислоты из солей (фосфатов, гидрофосфатов и дигидрофосфатов) под действием более сильных кислот (серной, азотной, соляной и др.).
Промышленный способ получения фосфорной кислоты обработка фосфорита концентрированной серной кислотой:
Ca3(PO4)2(тв) + 3H2SO4(конц) → 2H3PO4 + 3CaSO4
3. Фосфорную кислоту также можно получить жестким окислением соединений фосфора в водном растворе в присутствии кислот.
Например, концентрированная азотная кислота окисляет фосфор до фосфорной кислоты:
5HNO3 + P → H3PO4 + 5NO2↑ + H2O
Химические свойства
Фосфорная кислота – это кислота средней силы (по второй и третьей ступени слабая).
1. Фосфорная кислота частично и ступенчато диссоциирует в водном растворе.
H3PO4 ⇄ H+ + H2PO4–
H2PO4– ⇄ H+ + HPO42–
HPO42– ⇄ H+ + PO43–
2. Фосфорная кислота реагирует с основными оксидами, основаниями, амфотерными оксидами и амфотерными гидроксидами.
Например, фосфорная кислота взаимодействует с оксидом магния:
2H3PO4 + 3MgO → Mg3(PO4)2 + 3H2O
Еще пример: при взаимодействии фосфорной кислоты с гидроксидом калия образуются фосфаты, гидрофосфаты или дигидрофосфаты:
H3PO4 + КОН → KH2РО4 + H2O
H3PO4 + 2КОН → К2НРО4 + 2H2O
H3PO4 + 3КОН → К3РО4 + 3H2O
3. Фосфорная кислота вытесняет более слабые кислоты из их солей (карбонатов, сульфидов и др.). Также фосфорная кислота вступает в обменные реакции с солями.
Например, фосфорная кислота взаимодействует с гидрокарбонатом натрия:
Н3PO4 + 3NaHCO3 → Na3PO4 + CO2 + 3H2O
4. При нагревании H3PO4 до 200°С происходит отщепление от нее молекулы воды с образованием пирофосфорной кислоты H2P2O7:
2H3PO4 → H2P2O7 + H2O
5. Фосфорная кислота взаимодействует с металлами, которые расположены в ряду активности металлов до водорода. При этом образуются соль и водород.
Например, фосфорная кислота реагирует с магнием:
2H3PO4 + 3Mg → Mg3(PO4)2 + 3H2
Фосфорная кислота взаимодействует также с аммиаком с образованием солей аммония:
2H3PO4 + 3NH3 → NH4H2PO4 + (NH4)2HPO4
7. Качественная реакция на фосфат-ионы и фосфорную кислоту — взаимодействие с нитратом серебра. При этом образуется ярко-желтый осадок фосфата серебра:
Н3PO4 + 3AgNO3 → Ag3PO4↓ + 3НNO3
Видеоопыт взаимодействия фосфата натрия и нитрата серебра в растворе (качественная реакция на фосфат-ион) можно посмотреть здесь.
Фосфористая кислота
Фосфористая кислота H3PO3 — это двухосновная кислородсодержащая кислота. При нормальных условиях бесцветное кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде.
Валентность фосфора в фосфористой кислота равна V, а степень окисления +3.
Получение фосфористой кислоты.
Фосфористую кислоту можно получить гидролизом галогенидов фосфора (III).
Например, гидролизом хлорида фосфора (III):
PCl3 + 3H2O → H3PO3 + 3HCl
Фосфористую кислоту можно получить также взаимодействием оксида фосфора (III) с водой:
Р2О3 + 3Н2О → 2Н3РО3
Химические свойства.
1. Фосфористая кислота H3PO3 в водном растворе — двухосновная кислота средней силы. Взаимодействует с основаниями с образованием солей-фосфитов.
Например, при взаимодействии с гидроксидом натрия фосфористая кислота образует фосфит натрия:
H3PO3 + 2NaOH → Na2HPO3 + 2H2O
2. При нагревании фосфористая кислота разлагается на фосфин (Р-3) и фосфорную кислоту (Р+5):
4H3PO3 → 3H3PO4 + PH3
3. За счет фосфора в степени окисления +3 фосфористая кислота проявляет восстановительные свойства.
Например, H3PO3 окисляется перманганатом калия в кислой среде:
5H3PO3 + 2KMnO4 + 3H2SO4 → 5H3PO4 + K2SO4 + 2MnSO4 + 3H2O
Еще пример: фосфористая кислота окисляется соединениями ртути (II):
H3PO3 + HgCl2 + H2O → H3PO4 + Hg + 2HCl
Соли фосфорной кислоты — фосфаты
Фосфорная кислота образует разные типы солей: средние – фосфаты, кислые – гидрофосфаты, дигидрофосфаты.
1. Качественная реакция на фосфаты — взаимодействие с нитратом серебра. При этом образуется желтый осадок фосфата серебра.
K3PO4 + 3AgNO3 → Ag3PO4↓ + 3KNO3
2. Нерастворимые фосфаты растворяются под действием сильных кислот, либо под действием фосфорной кислоты.
Например, фосфат кальция реагирует с фосфорной кислотой с образованием дигидрофосфата кальция:
Ca3(PO4)2 + 4H3PO4 → 3Ca(H2PO4)2
Фосфат кальция растворяется под действием серной кислоты:
Ca3(PO4)2 + 2H2SO4 → Ca(H2PO4)2 + 2CaSO4
3. За счет фосфора со степенью окисления +5 фосфаты проявляют слабые окислительные свойства и могут взаимодействовать с восстановителями.
Например, фосфат кальция при сплавлении реагирует с углеродом с образованием фосфида кальция и угарного газа:
Ca3(PO4)2 + 8C → Ca3P2 + 8CO
Фосфат кальция также восстанавливается алюминием при сплавлении:
3Ca3(PO4)2 + 16Al → 3Ca3P2 + 8Al2O3
4. Гидрофосфаты могут взаимодействовать и с более сильными кислотами, и с щелочами. Под действием фосфорной кислоты гидрофосфаты переходят в дигидрофосфаты.
Например, гидрофосфат калия взаимодействует с фосфорной кислотой с образованием дигидрофосфата калия:
K2HPO4 + H3PO4 → 2KH2PO4
Под действием едкого кали гидрофосфат калия образует более среднюю соль — фосфат калия:
K2HPO4 + KOH → K3PO4 + H2O
5. Дигидрофосфаты могут взаимодействовать с более сильными кислотами и щелочами, но не реагируют с фосфорной кислотой.
Например, дигидрофосфат натрия взаимодействует с избытком гидроксида натрия с образованием фосфата:
NaH2PO4 + 2NaOH → Na3PO4 + 2H2O
Фосфор (греч. phos — свет + phoros — несущий) — химический элемент, принадлежащий к Vа группе и 3 периоду. Простое желтоватое вещество,
легко воспламеняющееся и светящееся.
Основное и возбужденное состояние фосфора
При возбуждении атома фосфора электроны на s-подуровне распариваются и переходят на d-подуровень.
Природные соединения
В природе фосфор встречается в виде следующих соединений:
- 3Ca3(PO4)2*CaCO3*Ca(OH,F)2 — фосфорит
- Ca10(PO4)6(F,Cl,OH)2 — апатит
Получение
В промышленности фосфор получают в ходе сплавления фосфата кальция, песка и угля.
Ca3(PO4)2 + SiO2 + C → (t) CaSiO3 + P + CO
Химические свойства
Химическая активность фосфора значительно выше, чем у азота. Активность также определяется аллотропной модификацией: наиболее активен белый
фосфор, излучающий видимый свет из-за окисления кислородом.
В жидком и газообразном состоянии до 800 °C фосфор состоит из молекул P4. Свыше 800 °C молекулы P4 распадаются до
P2.
- Реакции с неметаллами
- Реакции с металлами
- Реакция с водой
- Реакция с щелочами
- Восстановительные свойства
C неметаллами фосфор часто проявляет себя как восстановитель и окислитель. Легко окисляется кислородом.
4P + 3O2 → 2P2O3 (недостаток кислорода)
4P+ 5O2 → 2P2O5 (избыток кислорода)
Схожим образом происходит взаимодействие фосфора и хлора.
2P + 3Cl2 → 2PCl3 (недостаток хлора)
2P + 5Cl2 → 2PCl5 (избыток хлора)
P + S → P2S3
Реакции с водородом крайне затруднена. Тем не менее, в ходе разложения фосфидов металлов можно получить ядовитый газ — фосфин — боевое
отравляющее вещество.
Ca3P2 + H2O → Ca(OH)2 + PH3↑
2P + 3Ca → Ca3P2 (фосфид кальция)
При взаимодействии с водой фосфор вступает в реакцию диспропорционирования (так называются реакции, в которых одно и то же вещество
является и окислителем, и восстановителем).
P + H2O → (t) PH3 + H3PO4
При добавлении фосфора в растворы щелочей также происходит реакция диспропорционирования.
P + LiOH + H2O → LiH2PO2 + PH3↑ (LiH2PO2 — гипофосфит лития)
При поджигании спичек происходит реакция между фосфором и бертолетовой солью, которая выступает в качестве окислителя.
KClO3 + P → KCl + P2O5
Оксид фосфора V — P2O5
Кислотный оксид, пары которого имеют формулу P4O10. Твердый оксид характеризуется белым цветом.
Получение
P + O2 → P2O5
Химические свойства
- Кислотные свойства
- Дегидратационные свойства
Активно реагирует с водой с образованием фосфорной кислоты. При недостатке воды образует метафосфорную кислоту.
P2O5 + 3H2O = 2H3PO4
P2O5 + H2O = HPO3 (при недостатке воды)
Реагирует с основными оксидами и основаниями, образуя соли фосфорной кислоты. Какая именно получится соль — определяет соотношение основного
оксида/основания и кислотного оксида.
P2O5 + Na2O → Na3PO4
6KOH + P2O5 = 2K3PO4 + 3H2O (фосфат калия, избыток щелочи — соотношение 6:1)
4KOH + P2O5 = 2K2HPO4 + H2O (гидрофосфат калия, незначительный избыток кислотного оксида — соотношение 4:1)
2KOH + P2O5 = 2KH2PO4 + H2O (дигидрофосфат калия, избыток кислотного оксида — соотношение 2:1)
Обладает выраженным водоотнимающим (дегидратационным) свойством: легко извлекает воду из других соединений.
HClO4 + P2O5 → HPO3 + Cl2O7 (HPO3 — метафосфорная кислота)
HNO3 + P2O5 → HPO3 + N2O5
Фосфорные кислоты
Существует несколько кислородсодержащих фосфорных кислот:
- Ортофосфорная кислота — H3PO4 (трехосновная кислота, соли — фосфаты PO43-)
- Метафосфорная кислота — HPO3 (одноосновная кислота, соли — метафосфаты PO3—)
- Фосфористая — H3PO3 (двухосновная кислота, соли — фосфиты HPO32-)
- Фосфорноватистая — H3PO2 (одноосновная кислота, соли гипофосфиты — H2PO2— )
Фосфорноватистая кислота способна вытеснять из солей малоактивные металлы, при этом превращаясь в ортофосфорную кислоту.
CuSO4 + H3PO2 + H2O → Cu + H2SO4 + H3PO4
Ортофосфорная кислота
В твердом виде представляет собой кристаллы белого цвета, хорошо растворимые в воде.
Получение
Фосфорную кислоту получают из фосфатов, воздействуя на них серной кислотой. Также известны способы гидролиза пентахлорида фосфора,
взаимодействия оксида фосфора V с водой.
Ca3(PO4)2 + H2SO4 → CaSO4 + H3PO4
P2O5 + H2O → H3PO4
PCl5 + H2O → H3PO4 + HCl
Фосфорная кислота может образоваться при окислении фосфора сильной кислотой:
P + HNO3 + H2O → H3PO4 + NO
Химические свойства
- Кислотные свойства
- Реакции с солями
- Реакции с металлами
- Дегидратация
За счет кислотных свойств отлично реагирует с основными оксидами, основаниями. При различных соотношениях кислоты и основания получаются различные
соли (фосфаты, гидрофосфаты и дигидрофосфаты).
3K2O + H3PO4 = 2K3PO4 + 3H2O
3KOH + H3PO4 = K3PO4 + 3H2O
2KOH + H3PO4 = K2HPO4 + H2O
KOH + H3PO4 = KH2PO4 + H2O
Реакции идут, если выделяется газ, выпадает осадок или образуется слабый электролит (вода). Например, характерный осадок
желтого цвета — фосфат серебра — образуется в результате реакции с нитратом серебра.
AgNO3 + H3PO4 → Ag3PO4 + HNO3
В реакции с карбонатами образуется нестойкая угольная кислота, которая распадается на воду и углекислый газ.
K2CO3 + H3PO4 → K3PO4 + H2O + CO2
Металлы, стоящие в ряду напряжений до водорода, способны вытеснить водород из фосфорной кислоты.
Mg + H3PO4 → Mg3(PO4)2 + H2↑
При сильном нагревании ортофосфорная кислота теряет воду и переходит в метафосфорную кислоту.
H3PO4 → (t) HPO3 + H2O
Соли фосфорной кислоты
Соли фосфорной кислоты получаются в ходе реакции ортофосфорной кислоты и оснований.
3Ca(OH)2 + 2H3PO4 = Ca3(PO4)2 + 6H2O
Фосфаты являются хорошими удобрениями, которые повышают урожайность. Перечислим наиболее значимые:
- Фосфоритная мука — Ca3(PO4)2
- Простой суперфосфат — смесь Ca(H2PO4)2*H2O и CaSO4
- Двойной суперфосфат — Ca(H2PO4)2*H2O
- Преципитат — CaHPO4*2H2O
- Костная мука — продукт переработки костей домашних животных Ca3(PO4)2
- Аммофос — в основном состоит из моноаммонийфосфата — NH4H2PO4
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2023
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение
(в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов
без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования,
обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
ФОСФОР
И ЕГО СОЕДИНЕНИЯ.
ü Фосфор.
—
Строение атома, валентности и степени окисления.
+15P +15P* |
В |
Степени
окисления фосфора в различных соединениях:
-3 |
0 |
+1 |
+3 |
+5 |
PH3 Фосфин Na3P фосфиды |
P |
H3PO2 Фосфорноватистая кислота NaH2PO2 гипофосфиты |
P2O3 Оксид фосфора (III) H3PO3 Фосфористая кислота Na2HPO3 Фосфиты PCl3 Галогениды |
P2O5 оксид H3PO4 ортофосфорная Na3PO4 Фосфаты HPO3 метафосфорная PCl5 Галогениды |
—
Аллотропия.
Фосфор |
||
Белый – P4 |
Красный |
Черный |
|
|
|
|
|
|
Ядовит, |
Не |
Похож |
—
Получение.
Фосфор
получают из природных фосфоритов и апатитов, при сплавлении их с углем и песком
без доступа воздуха.
Ca3(PO4)2
+ 3SiO2
+ 5C =t 3CaSiO3
+ 5CO + 2P
Выделяющиеся
пары фосфора конденсируют под водой, получается белый фосфор. При длительном
нагревании белого фосфора без доступа воздуха, он постепенно желтеет и
превращается в красный фосфор.
—
Химические свойства.
P |
Как |
С 4P Горение фосфора в кислороде → Белый 4P 2P 2P С 2P + 3S =t P2S3 2P + 5S =t P2S5 C окислителями: P + 5HNO3(конц.) = H3PO4 + 5NO2↑ + H2O 3P + 5HNO3(разб.) + 2H2O = 3H3PO4 6P + 5KClO3 = 3P2O5 |
Как |
С 3Na + P = Na3P 3Mg +2P С |
|
Диспропор-ционирует |
Со 4P + 3NaOH + 3H2O = 3NaH2PO2 + PH3↑- получается гипофосфит и фосфин 8P + |
Ответьте на вопросы и выполните задания:
1.
Какую
валентность фосфор проявляет в простом веществе?
2.
Какие
простые вещества образует элемент фосфор?
3.
Какая
модификация фосфора состоит из четырехатомных молекул?
4.
Какие
степени окисления способен проявить фосфор в соединениях?
5.
Выберите
вещества, с которыми реагирует фосфор:
Ag, H2, O2, KOH,
F2, HNO3
6.
Докончите
уравнения реакций:
P + Br2 =t
P + KOH + H2O =
P + O2
= P + HNO3(конц.) =
P + O2(недост) = P
+ HNO3(разб.) + H2O
=
Ca + P = P + H2SO4(конц.) =
ü Фосфиды.
Галогениды фосфора.
Фосфиды
и галогениды фосфора подвергаются гидролизу. Продукты, образующиеся в данных
реакциях, зависят от степеней окисления элементов, образующих эти вещества.
Степени окисления элементов в этом случае не меняются:
Ca3P2-3 +
6H2O
=
3Са(ОН)2
+ 2P-3H3
Mg3P2
+ 6HCl
=
3MgCl2
+ 2PH3↑
— с кислотой
P+5Cl5
+ 4H2O = H3P+5O4
+ 5HCl
PCl5
+ 8KOH =
K3PO4
+
5KCl + 4H2O – со
щелочью
ü Фосфин.
Фосфин
– бесцветный газ, с запахом тухлой рыбы, ядовит.
Фосфин,
подобно аммиаку, образует ион фосфония PH4+
и проявляет основные свойства, но во много раз слабее него. Реагирует с
сильными безводными кислотами:
PH3
+ HCl(г) = PH4Cl
На
воздухе фосфин самовоспламеняется:
PH3
+ 2O2
= H3PO4,
в зависимости от условий может получиться и
так:
2PH3
+ 4O2
=
P2O5
+ 3H2O
Фосфин
является восстановителем.
PH3
+
3H2SO4
=
H3PO4
+ 3SO2 + 3H2O
PH3 + 8HNO3
= H3PO4 + NO2↑ + 4H2O
PH3
+ 8KMnO4 + 11KOH =
K3PO4
+ 8K2MnO4 + 7H2O
3PH3
+ 4K2Cr2O7 + 16H2SO4 =
4Cr2(SO4)3 + 4K2SO4 + 3H3PO4
+ 16H2O
Ответьте на вопросы и выполните задания:
7.
Какой вид
химической связи и тип строения вещества характерен для фосфина?
8.
В чем
схожесть фосфина с аммиаком?
9.
У какого
вещества основные свойства сильнее, аммиака, или фосфина?
10.
Выберите
вещества, с которыми реагирует фосфин:
Са(ОН)2, HCl, K3PO4,
HNO3, O2,
K2Cr2O7
11.
Докончите
уравнения реакций:
Mg3P2
+
H2O
=
PH3
+ HI(г)
=
Na3P
+ HCl =
PH3 + HNO3
=
PBr5
+ NaOH =
PH3
+
H2SO4
=
PBr5
+ H2O = PH3
+ O2
=
ü Оксиды
фосфора обладают кислотными свойствами.
P2O3 |
P2O5 |
Реагирует Р2О3 2Р2О3 Р2О3 |
Характерны — P2O5 В недостатке воды получается P2O5 — P2O5 P2O5 P2O5 -с 3СaO |
Самовоспламеняется P2O3 |
Обладает P2O5 + 2HNO3 = 2HPO3 + N2O5 P2O5 + H2SO4 = 2HPO3 + SO3 |
Ответьте на вопросы и выполните задания:
12.
Какой из
оксидов фосфора устойчивый?
13.
Какой из
оксидов фосфора может быть как окислителем так и восстановителем?
14.
Почему
оксид фосфора (V) используется для осушения
веществ?
15.
Выберите
вещества, с которыми реагирует оксид фосфора (V):
Са(ОН)2, HCl, HNO3, O2,
K2Cr2O7
16.
Докончите
уравнения реакций:
Na2O + P2O5
= NaOH + P2O5 =
ü Ортофосфорная
кислота.
Фосфор
образует несколько кислот:
H3PO4 |
Ортофосфорная |
PO43- |
Ортофосфат |
HPO42- |
Гидроорто-фосфат |
||
H2PO4— |
Дигидроорто-фосфат |
||
H4P2O7 |
Пирофосфорная |
P2O74- |
Пирофосфат |
HPO3 |
Метафосфорная |
PO3— |
Метафосфат |
H3PO3 |
Фосфористая |
HPO32- |
Фосфит |
H3PO2 |
Фосфорноватистая |
H2PO2— |
Гипофосфит |
трехосновная
двухосновная одноосновная
—
Получение в промышленности.
Обработка
природных фосфатов концентрированной серной кислотой:
Ca3(PO4)2(тв)
+ 3H2SO4(конц)
=
2H3PO4
+ 3CaSO4
—
физические свойства.
Фосфорная
кислота — бесцветное, гигроскопичное твердое вещество, хорошо
растворимое в воде.
—
Химические свойства.
Ортофосфорная
кислота – кислота средней силы. Диссоциирует ступенчато:
H3PO4
⇄
H+ + H2PO4–
H2PO4–
⇄
H+ + HPO42–
по второй и третьей ступени как слабый электролит
HPO42–⇄
H+ + PO43–
Проявляет общие
свойства кислот.
-Реагирует
с металлами до Н:
6Li + 2H3PO4 = 2Li3PO4↓ + 3H2↑
3Сa
+ 2H3PO4
=
Ca3(PO4)2↓
+ 3H2↑
3Zn
+ 2H3PO4
=t
Zn3(PO4)2↓
+ 3H2↑ — при нагревании.
Со многими металлами H3PO4
не реагирует из-за образования плотной
фосфатной пленки:
2Fe
+2H3PO4
≠ 2FePO4↓+
3H2↑ — реакция как начинается, так сразу же и прекращается.
Это свойство используется для очистки ржавчины и
фосфатирования изделий из железа.
-Реагирует
с основными оксидами и амфотерными оксидами и амфотерными
гидроксидами,
аммиаком:
2H3PO4 + 3СaO = Ca3(PO4)2 + 3H2O
H3PO4 + 3NaОН = Na3РО4 + 3H2O
H3PO4 + NaОН = NaH2РО4 + H2O – могут образоваться и кислые соли
H3PO4 + 2NaОН = Na2НРО4 + 2H2O
Ca(OH)2 + H3PO4
= CaHPO4 + 2Н2О
— Вытесняет более слабые кислоты из их солей
(карбонатов, сульфидов и др.):
2Н3PO4 + 3Na2CO3 = 2Na3PO4 + 3CO2↑ + 3H2O
Ответьте на вопросы и выполните задания:
17.
При каких
условиях из P2O5 получается ортофосфорная кислота?
18.
Почему
ортофосфорная кислота не реагирует со многими металлами, находящимися в ряду
активности до водорода?
19.
Выберите
вещества, с которыми реагирует фосфорная кислота:
Са(ОН)2, HCl, NaH2РО4,
O2, Na3РО4,
Na2НРО4,
NaOH, Na2S, Ca3(PO4)2,
СaCO3
20.
Докончите
уравнения осуществимых реакций:
Mg + H3PO4
= Ca(OH)2
+ H3PO4 =
Na + H3PO4
= H3PO4
+ MgO =
Cu + H3PO4
= Н3PO4 + Na2CO3 =
H3PO4 + Na3РО4
= H3PO4 + NaОН =
H3PO4 + NaH2РО4 =
H3PO4 + Na2HРО4 =
ü Соли
ортофосфорной кислоты.
Большинство
фосфатов нерастворимы в воде, растворимы лишь фосфаты щелочных металлов и
аммония. Хорошо растворимы дигидрофосфаты.
Например,
Ca3(PO4)2
– фосфорит нерастворим в воде, как удобрение медленно усваивается растениями; CaHPO4
– преципитат малорастворимый в воде; Ca(H2PO4)2
– суперфосфат растворимый в воде, хорошо усваивается растениями.
— Реакции с щелочами, кислотами, кислотными
оксидами и другими солями:
Ca3(PO4)2 + 4H3PO4 = 3Ca(H2PO4)2; – двойной суперфосфат
Ca3(PO4)2
+ 2H2SO4
= Ca(H2PO4)2
+ 2CaSO4;
простой
суперфосфат (Ca(H2PO4)2+2CaSO4)
3Ca(H2PO4)2
+ 12NaOH = Ca3(PO4)2↓ +
4Na3PO4 + 12H2O
Ca3(PO4)2
+
3SiO2 =t
3CaSiO3 + P2O5
6LiNO3 + 2K3PO4 = 2Li3PO4↓ + 3KNO3
Кислые и средние соли фосфорной кислоты могут
взаимно превращаться друг в друга при добавлении щелочи или кислоты:
NaH2PO4 + 2NaOH = Na3PO4
+ 2H2O
Na2HPO4 + H3PO4 = 2NaH2PO4
—Качественная
реакция на фосфаты – реакция с нитратом серебра (I).
При этом выпадает желтый осадок Ag3PO4 не
растворимый в аммиачной воде, но растворимый в азотной кислоте.
Na3PO4
+ 3AgNO3
=
Ag3PO4↓
+ 3NaNO3
ü Применение
фосфора и его соединений.
P
— в производстве спичек;
P2O5 — как
осушитель и для дегидратации;
H3PO4
– производство минеральных удобрений, преобразователь ржавчины, фосфатирование
железных изделий, добавка к напиткам;
Ca3(PO4)2
– производство фосфорной кислоты, минеральных удобрений, фосфора;
Na3PO4 – умягчитель воды.
Выполните задания:
21.
Выберите
вещества, с которыми реагирует фосфат калия:
СО2, HNO3, NaH2РО4,
O2, Na3РО4,
Na2НРО4,
NaOH, Na2S, Ca3(PO4)2,
СaCO3
22.
Докончите
уравнения осуществимых реакций:
Mg + H3PO4
= Ca(OH)2
+ H3PO4 =
Na + H3PO4
= H3PO4
+ MgO =
Cu + H3PO4
= Н3PO4 + Na2CO3 =
H3PO4 + Na3РО4
= H3PO4 + NaОН =
H3PO4 + NaH2РО4 =
H3PO4 + Na2HРО4 =
23.
Установите
соответствие между формулой вещества и реагентами, с каждым
из которых это вещество может
взаимодействовать:
ВЕЩЕСТВА |
РЕАГЕНТЫ |
А) HNO3 |
1) H2SO4, H2, Hg |
Б) S |
2) Hg, |
В) Ca3(PO4)2 |
3) HCl, |
Г) P2O5 |
4) K2CO3, |
5) |
|
6) NaOH, CaO, H2O |
|
24.
Установите
соответствие между формулой вещества и реагентами, с каждым
из которых это вещество может
взаимодействовать:
ВЕЩЕСТВА |
РЕАГЕНТЫ |
А) NaNO3 |
1) HNO3, H2, Au |
Б) I2 |
2) H2SO4 , S, C |
В) PH3 |
3) Na, Al, Cu2O |
Г) H3PO4 |
4) K, KHCO3, Fe3O4 |
5)Na, H2, |
|
6) O2, HI, HCl |
25.
Установите
соответствие между формулой вещества и реагентами, с каждым
из которых это вещество может
взаимодействовать:
ВЕЩЕСТВА |
РЕАГЕНТЫ |
А) HCl |
1) Na3PO4, H2SO4, NaOH |
Б) P |
2) Ca, |
В) NH4Br |
3) Mg, |
Г) NaH2РО4 |
4) KOH, |
5) H2SO4, AgNO3, |
|
6) H2O, |
|
26.
Установите
соответствие между формулой вещества и реагентами, с каждым
из которых это вещество может
взаимодействовать:
ВЕЩЕСТВА |
РЕАГЕНТЫ |
А) NaOH |
1) HNO3, H2, Au |
Б) KBr |
2) CuCl2, |
В) Cа3P2 |
3) H2SO4, AgNO3, Cl2 |
Г) K3PO4 |
4) AgNO3, H2SO4, LiCl2 |
5) H2O, H2, NaOH |
|
6) H2O, |
|
27.
В заданной схеме
превращений
Ca3(PO4)2 → X ―Y→ Mg3P2
веществами X и Y являются соответственно:
1) хлорид магния
2) оксид магния
3) магний
4) фосфор
5) фосфат натрия
28.
В заданной схеме
превращений
Ca3(PO4)2 → X ―Y→ СaHPO4
веществами X и Y являются соответственно:
1) хлорид кальция
2) фосфат натрия
3) гидроксид кальция
4) фосфорная кислота
5) фосфат калия
29.
В заданной схеме
превращений
P ―X→ Mg3P2
―H2O→ Y
веществами X и Y являются соответственно:
1) оксид фосфора (V)
2) фосфорная кислота
3) фосфат магния
4) фосфин
5) магний
30.
В заданной схеме
превращений
H3РO4 ―X→ К2HPO4 ―Y→KH2PO4
веществами X и Y являются соответственно:
1) KHSO4
2) H3РO4
3) KNO3
4) K2SO4
5) KOH
31.
Установите
соответствие между исходными веществами, вступающими
в реакцию, и продуктами этой реакции:
ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА |
ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ |
А) Ca + H3РO4 |
1) Ca(H2PO4)2 |
Б) Ca(OH)2 + H3РO4 |
2) Ca3(PO4)2 + PH3 + H2O |
В) Ca3(PO4)2 + H3РO4 |
3) Ca3(PO4)2 + H2 |
Г) CaHPO4 + H3РO4 |
4) CaHPO4 + H2O |
5) Ca(H2PO4)2 + H2O |
|
6) Ca(OH)2 + P2O5 |
32.
Установите
соответствие между исходными веществами, вступающими
в реакцию, и продуктами этой реакции:
ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА |
ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ |
А) Ca3(PO4)2 + |
1) Ca(H2PO4)2 + CaSO4 |
Б) Ca3(PO4)2 + C + SiO2 |
2) CaSiO3 + P2O5 |
В) Ca3(PO4)2 + H2SO4 |
3) CaSiO3 + P2O5 + CO |
Г) Ca3(PO4)2 + SiO2 |
4) CaHPO4 + H2O |
5) CaSiO3 + CO + P |
|
6) Ca3P2 + CO |
33.
Установите
соответствие между исходными веществами, вступающими
в реакцию, и продуктами этой реакции:
ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА |
ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ |
А) P + Cl2(избыток) |
1) NaH2РO4 |
Б) P + Cl2(недостаток) |
2) NaH2РO2 |
В) P + NaOH(раствор) |
3) NaH2РO4 + PH3 |
Г) Na3PO4 + 2H3РO4(избыток) |
4) PCl3 |
5) Na2HРO4 |
|
6) PCl5 |
34. Установите соответствие между
исходными веществами, вступающими
в реакцию, и продуктами этой реакции:
ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА |
ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ |
А) Na3P + H2O |
1) NaCl |
Б) Na3P + HCl |
2) NаОН + P |
В) PCl5 + H2O |
3) NaH + PCl3 |
Г) PCl5 + NaOH |
4) NаОН + PH3 |
5) NaCl + |
|
6) H3PO4 + HCl |
35.
Установите
соответствие между формулами веществ и реагентом, с помощью
которого их можно различить:
ВЕЩЕСТВА |
РЕАГЕНТ |
А) K3PO4 |
1) AgNO3 |
Б) HCl и HBr |
2) Na2CO3 |
В) KCl и K3PO4 |
3) NaOH |
Г) H3PO4 |
4) NaNO3 |
5) NaCl |
|
36.
Установите соответствие между веществом и его
применением:
ВЕЩЕСТВО |
ПРИМЕНЕНИЕ |
Фосфорная |
Электролит в |
Фосфор |
Удобрение |
Дигидрофосфат |
Производстве |
Преобразователь |
ОТВЕТЫ НА ТЕСТОВЫЕ
ЗАДАНИЯ:
5 |
O2, KOH, F2, HNO3 |
28 |
43 |
10 |
HCl, HNO3, O2, K2Cr2O7 |
29 |
54 |
15 |
Са(ОН)2, HNO3 |
30 |
52 |
19 |
Са(ОН)2, Na3РО4, |
31 |
3411 |
21 |
HNO3, NaH2РО4, |
32 |
6512 |
23 |
2156 |
33 |
6421 |
24 |
2563 |
34 |
4561 |
25 |
2345 |
35 |
1112 |
26 |
2364 |
36 |
432 |
27 |
43 |
2.3.3. Химические свойства азота и фосфора.
Химические свойства азота
Химический элемент азот образует только одно простое вещество. Данное вещество является газообразным и образовано двухатомными молекулами, т.е. имеет формулу N2. Не смотря то, что химический элемент азот имеет высокую электроотрицательность, молекулярный азот N2 является крайне инертным веществом. Обусловлен данный факт тем, что в молекуле азота имеет место крайне прочная тройная связь (N≡N). По этой причине практически все реакции с азотом протекают только при повышенных температурах.
Взаимодействие азота с металлами
Единственное вещество, которое реагирует с азотом в обычных условиях – литий:
Интересным является тот факт, что с остальными активными металлами, т.е. щелочными и щелочноземельными, азот реагирует только при нагревании:
Взаимодействие азота с металлами средней и низкой активности (кроме Pt и Au) также возможно, однако требует несравнимо более высоких температур.
Нитриды активных металлов легко гидролизуются водой:
А также растворами кислот, например:
Взаимодействие азота с неметаллами
Азот реагирует с водородом при нагревании в присутствии катализаторов. Реакция является обратимой, поэтому для повышения выхода аммиака в промышленности процесс ведут при высоком давлении:
Как восстановитель азот реагирует со фтором и кислородом. Со фтором реакция идет при действии электрического разряда:
С кислородом реакция идет под действием электрического разряда или при температуре более 2000 оС и является обратимой:
Из неметаллов азот не реагирует с галогенами и серой.
Взаимодействие азота со сложными веществами
В рамках школьного курса ЕГЭ можно считать, что азот не реагирует ни с какими сложными веществами кроме гидридов активных металлов:
Химические свойства фосфора
Существует несколько аллотропных модификаций фосфора., в частности белый фосфор, красный фосфор и черный фосфор.
Белый фосфор образован четырехатомными молекулами P4, не является устойчивой модификацией фосфора. Ядовит. При комнатной температуре мягкий и подобно воску легко режется ножом. На воздухе медленно окисляется, и из-за особенностей механизма такого окисления светится в темноте (явление хемилюминесценции). Даже при слабом нагревании возможно самопроизвольное воспламенение белого фосфора.
Из всех аллотропных модификаций белый фосфор наиболее активен.
Красный фосфор состоит из длинных молекул переменного состава Pn. В некоторых источниках указывается то, что он имеет атомное строение, но корректнее все-таки считать его строение молекулярным. Вследствие особенностей строения является менее активным веществом по сравнению с белым фосфором, в частности в отличие от белого фосфора на воздухе окисляется значительно медленнее и для его воспламенения требуется поджиг.
Черный фосфор состоит из непрерывных цепей Pn и имеет слоистую структуру схожую со структурой графита, из-за чего и внешне похож на него. Данная аллотропная модификация имеет атомное строение. Самый устойчивый из всех аллотропных модификаций фосфора, наиболее химически пассивен. По этой причине, рассмотренные ниже химические свойства фосфора следует относить прежде всего к белому и красному фосфору.
Взаимодействие фосфора с неметаллами
Реакционная способность фосфора является более высокой, чем у азота. Так, фосфор способен гореть после поджига при обычных условиях, образуя кислотный оксид Р2O5:
а при недостатке кислорода оксид фосфора (III):
Реакция с галогенами также протекает интенсивно. Так, при хлорировании и бромировании фосфора в зависимости от пропорций реагентов образуются тригалогениды или пентагалогениды фосфора:
Ввиду существенно более слабых окислительных свойства йода по сравнению с остальными галогенами, возможно окисление фосфора йодом только до степени окисления +3:
В отличие от азота фосфор с водородом не реагирует.
Взаимодействие фосфора с металлами
Фосфор реагирует при нагревании с активными металлами и металлами средней активности образуя фосфиды:
Фосфиды активных металлов подобно нитридам гидролизуются водой:
А также водными растворами кислот-неокислителей:
Взаимодействие фосфора со сложными веществами
Фосфор окисляется кислотами окислителями, в частности, концентрированными азотной и серной кислотами:
Следует знать, что белый фосфор реагирует с водными растворами щелочей. Однако, ввиду специфичности умение записывать уравнения таких взаимодействий на ЕГЭ по химии пока еще не требовалось.
Тем не менее, тем, кто претендует на 100 баллов, для собственного спокойствия, можно запомнить следующие особенности взаимодействия фосфора с растворами щелочей на холоду и при нагревании.
На холоду взаимодействие белого фосфора с растворами щелочей протекает медленно. Реакция сопровождается образованием газа с запахом тухлой рыбы — фосфина и соединения с редкой степенью окисления фосфора +1:
При взаимодействии белого фосфора с концентрированным раствором щелочи при кипячении выделяется водород и образуется фосфит:
Химические свойства азота.
Азот ($N$) — первый представитель главной подгруппы V группы Периодической системы. Его атомы содержат на внешнем энергетическом уровне пять электронов, из которых три — неспаренные. Значит, атомы азота могут присоединять три электрона, завершая внешний энергетический уровень, и вследствие этого приобретают степени окисления $–3$ в соединениях с водородом (аммиак $NH_3$) и с металлами (нитриды $Li_3N, Mg_3N_2$).
Отдавая свои внешние электроны более электроотрицательным элементам (фтору, кислороду), атомы азота приобретают степени окисления $+3$ и $+5$. Атомы азота проявляют восстановительные свойства в степенях окисления $+1, +2, +4$.
Азот существует в свободном состоянии в виде молекулы $N_2$, атомы связаны прочной ковалентной связью $N≡N$. Азот — бесцветный газ без запаха и вкуса, в атмосфере его содержится $78%$. Азот — составная часть живых организмов.
Важнейшими соединениями азота являются аммиак, азотная кислота и ее соли. Азотная кислота и аммиак производятся в промышленности в больших объемах, т.к. соли ($NH_4NO_3, KNO_3$) являются удобрениями. Азотная кислота используется для получения красителей, пластмасс, взрывчатых веществ, лекарств.
Азот — жизненно важный элемент, поэтому круговорот азота в природе обеспечивает им атмосферу, почву, растительные и живые организмы.
В таблице обобщены химические свойства азота и его соединений.
Азот и его соединения.
Азот | Соединения азота | ||
Аммиак | Оксиды азота | Азотная кислота | |
1. Очень прочная и поэтому малореакционноспособная молекула. 2. Проявляет окислительные свойства (в реакциях с водородом и металлами): $N_2+3H_2⇄2NH_3$ $N_2+3Mg=Mg_3N_2 3. Проявляет восстановительные свойства (в реакции с кислородом): $N_2+O_2=2NO$ Получение 1. В промышленности ректификацией жидкого воздуха. 2. В лаборатории термическим разложением нитрита аммония: $NH_4NO_2→↖{t°}N_2+2H_2O$ |
1. При н.у. бесцветный, резко пахнущий газ. 2. Взаимодействует с водой, образуя раствор слабого основания: $NH_3+H_2O⇄NH_4^{+}+OH^{–}$ 3. Схема электронного строения иона аммония: 4. Взаимодействует с кислотами: $NH_3+H^{+}=NH_4^+$ 5. Проявляет восстановительные свой ства: $2NH_3+3CuO{→}↖{t°}3Cu+3H_2O+N_2$ $4NH_3+3O_2=2N_2+6H_2O$ $4NH_3+5O_2{→}↖{кат}4NO+6H_2O$ Получение 1. В промышленности: $N_2+3H_2⇄2NH_3+92кДж$ 2. В лаборатории: $2NH_4Cl+Ca(OH)_2=CaCl_2+2NH_3↑+2H_2O$ |
1. Оксид азота (II) окисляется кислородом воздуха при комнатной температуре:
$2NO+O_2=2NO_2$ 2. Оксид азота (IV) взаимодействует с водой в присутствии кислорода: $4NO_2+O_2+2H_2O=4HNO_3$ Образуются при взаимодействии: 1) азота с кислородом при высокой температуре или в условиях электрического разряда: $N_2+O_2=2NO$ 2) аммиака с кислородом в присутствии катализатора: $4NH_3+5O_2{→}↖{кат}4NO+6H_2O;$ 3) меди с азотной кислотой: а) концентрированной: $Cu+4HNO_3=Cu(NO_3)_2+2NO_2↑+2H_2O;$ б) разбавленной: $3Cu+8HNO_3=3Cu(NO_3)_2+2NO↑+4H_2O$ |
1. Неустойчива, разлагается под действием света:
$4HNO_3=2H_2O+4NO_2↑+O_2↑$ 2. Является сильной кислотой, диссоциирует необратимо в водном растворе: $HNO_3+H_2O=H_3O^{+}+NO_3^−$ 3. Взаимодействует с основными оксидами: $CаO+2HNO_3=Cа(NO_3)_2+H_2O$ $CаO+2H^{+}=Cа^{2+}+H_2O$ 4. Взаимодействует с основаниями: $Fe(OH)_3+3HNO_3=Fe(NO_3)_3+3H_2O$ $Fe(OH)3+3H^{+}=Fe^{3+}+3H_2O$ 5. Реагирует с металлами без выделения водорода и по-разному — в зависимости от концентрации кислоты и активности металла. Получение 1. В промышленности взаимодействием оксида азота (IV) с водой и кислородом: $4NO_2+O_2+2H_2O=4HNO_3$ 2. В лаборатории вытеснением из солей нелетучей кислотой при нагревании: $2NaNO{3,кр}+H_2SO_4=2HNO_3+Na_2SO_4$ |
Химические свойства фосфора.
Фосфор ($P$) — аналог азота. Однако атом фосфора характеризуется большим радиусом, меньшим значением электроотрицательности и более выраженными восстановительными свойствами. У фосфора реже встречается степень окисления $–3$ (только в фосфидах $Ca_3P_2, Na_3P$), чаще фосфор в соединениях имеет степень окисления $+5$, а вот соединение фосфин ($PH_3$) — тот редкий случай, когда ковалентная связь между атомами разных элементов неполярная, т.к. электроотрицательности фосфора почти одинаковы.
Химический элемент фосфор образует несколько аллотропных модификаций. Рассмотрим два простых вещества фосфора: белый фосфор и красный фосфор. Белый фосфор имеет молекулярную кристаллическую решетку из молекул $P_4$. Он в порошкообразном состоянии воспламеняется, светится в темноте, ядовит. Красный фосфор имеет атомную кристаллическую решетку, окисляется на воздухе медленно, нерастворим, неядовит, не светится. Химические свойства фосфора и его соединений представлены в таблице.
В природе фосфор в свободном виде не встречается — только в виде соединений.
Фосфор также является составной частью тканей организма человека, животных и растений.
Фосфор и его соединения.
Фосфор | Соединения фосфора | |
Оксид фосфора (V) | Фосфорная кислота | |
1. При обычных условиях может существовать в виде двух аллотропных модификаций: красный и белый.
2. Горит в кислороде: $4P+5O_2=2P_2O_5$ (проявляет восстановительные свойства). Белый фосфор окисляется на воздухе при комнатной температуре: $P_4+3O_2=2P_2O_3$ Получение $2Ca_3(PO_4)_2+10C+6SiO_2=P_4↑+10CO↑+6CaSiO_3–Q$ |
1. При обычных условиях очень гигроскопическое твердое вещество белого цвета.
2. Проявляет свойства кислотных оксидов, взаимодействуя — с водой: $P_2O_5+3H_2O=2H_3PO_4$ — со щелочами: $P_2O_5+6NaOH=2Na_3PO_4+3H_2O$ — с основными оксидами: $P_2O_5+3CaO=Ca_3(PO_4)_2$ Получение Сжигание фосфора в избытке воздуха: $4P+5O_2=2P_2O_5$ |
1. При обычных условиях бесцветное твердое вещество, неограниченно растворимое в воде.
2. Слабая трехосновная кислота: $H_3PO_4⇄H^{+}+H_2PO_4^{-}⇄2H^{+}+HPO_4^{2−}⇄3H^{+}PO_4^{3−}$ 3. Взаимодействует со щелочами, основаниями и амфотерными гидроксидами, а также с аммиаком: $H_3PO_4+3NaOH=Na_3PO_4+3H_2O$ $2H_3PO_4+3CaO=Ca_3(PO_4)_2+3H_2O$ $Ca_3(PO_4)_2+4H_3PO_4=3Ca(H_2PO_4)_2$ 1) по реакции оксида фосфора (V) с водой: $P_2O_5+3H_2O=2H_3PO_4;$ $Ca_3(PO_4)_2+3H_2SO_4{→}↖{t°}3CaSO_4+2H_3PO_4$ |
в условии
в решении
в тексте к заданию
в атрибутах
Категория:
Атрибут:
Всего: 402 1–20 | 21–40 | 41–60 | 61–80 | 81–100 …
Добавить в вариант
Из предложенного перечня типов реакций выберите все, которые характеризуют горение нагретого фосфора в хлоре.
1) реакция замещения
2) гетерогенная
3) гомогенная
4) окислительно-восстановительная
5) эндотермическая
Запишите в поле ответа номера выбранных веществ.
Из предложенного перечня выберите все способа уменьшить скорость реакции горения фосфора в кислороде.
1) измельчение фосфора
2) разбавление кислорода азотом
3) использование катализатора
4) увеличение давления
5) понижение температуры
Запишите в поле ответа номера выбранных способов.
Фосфор смешали с избытком порошка алюминия. Навеску смеси массой 39,4 г нагрели в инертной атмосфере. Полученное твёрдое вещество охладили и полностью растворили в соляной кислоте, при этом выделилось 29,12 л (н. у.) газа. Определите массовую долю фосфора в исходной смеси. Напишите уравнения всех проведённых реакций.
Установите соответствие между реагирующими веществами и органическим продуктом, который образуется при взаимодействии этих веществ.
РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА
А) пропионовая кислота и хлорид фосфора (V)
Б) пропионовая кислота и аммиак
В) пропионовая кислота и бром (катализатор – Pкр.)
Г) пропионовая кислота и пропанол–1
ОРГАНИЧЕСКИЙ ПРОДУКТ РЕАКЦИИ
1) пропионат аммония
2) пропаноилхлорид
3) 1–хлорпропан
4) пропилпропионат
5) 2–бромпропионовая кислота
6) 3–бромпропионовая кислота
Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
Установите соответствие между уравнением реакции и свойством атома фосфора в этой реакции: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.
СВОЙСТВО ФОСФОРА
1) является окислителем
2) является восстановителем
3) является и окислителем, и восстановителем
4) не изменяет степень окисления
Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:
Источник: ЕГЭ по химии 2020. Основная волна. Вариант 1
Установите соответствие между схемой реакции и свойством, которое проявляет элемент фосфор в этой реакции: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.
СВОЙСТВО ФОСФОРА
1) не изменяет степень окисления
2) только окислитель
3) и окислитель, и восстановитель
4) только восстановитель
Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:
Установите соответствие между схемой окислительно-восстановительной реакции и элементом-окислителем: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.
ЭЛЕМЕНТ-ОКИСЛИТЕЛЬ
1) углерод
2) фосфор
3) бром
4) кислород
Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:
Из предложенного перечня типов реакций выберите все, которые характеризуют взаимодействие белого фосфора и кислорода.
1) соединение
2) необратимая
3) окислительно-восстановительная
4) гетерогенная
5) эндотермическая
Запишите в поле ответа номера выбранных суждений.
Источник: ЕГЭ по химии 2021. Основная волна. Вариант 1
Установите соответствие между уравнением реакции и свойством атома фосфора в этой реакции: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.
СВОЙСТВО АТОМА ФОСФОРА
1) не проявляет окислительно-восстановительных свойств
2) только восстановитель
3) и окислитель, и восстановитель
4) только окислитель
Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
Источник: ЕГЭ по химии 2022. Досрочная волна
Установите соответствие между уравнением реакции и свойством, которое проявляет элемент фосфор в этой реакции: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.
СВОЙСТВО ФОСФОРА
1) является окислителем
2) является восстановителем
3) является и окислителем, и восстановителем
4) не изменяет степень окисления
Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
При растворении фосфора в концентрированном растворе гидроксида калия выделилось 1,12 л газа (н. у.). Чему равна масса (в г) прореагировавшего фосфора, если второй продукт реакции — гипофосфит калия? Ответ запишите с точностью до десятых.
Источник: СтатГрад: Тренировочная работа 09.11.2022. Вариант ХИ2210201.
Тип 8 № 35
Установите соответствие между названием оксида и формулами веществ, с которыми он может взаимодействовать: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.
НАЗВАНИЕ ОКСИДА
А) оксид калия
Б) оксид углерода (II)
В) оксид хрома (III)
Г) оксид фосфора (V)
Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:
Источник: Демонстрационная версия ЕГЭ—2012 по химии
Задания Д1 № 532
Три неспаренных электрона на внешнем уровне в основном состоянии содержит атом
1) титана
2) кремния
3) магния
4) фосфора
Задания Д2 № 749
Оксиды состава и образуют
1) азот и фосфор
2) сера и селен
3) углерод и кремний
4) бром и бор
Установите соответствие между названием вещества и формулами реагентов, с которыми оно может взаимодействовать: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.
НАЗВАНИЕ ВЕЩЕСТВА
A) железо
Б) кислород
B) фосфор
Г) цинк
Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:
Установите соответствие между названием вещества и формулами реагентов, с которыми оно может взаимодействовать: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.
НАЗВАНИЕ ВЕЩЕСТВА
A) сера
Б) кислород
B) хлор
Г) фосфор
Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:
Задания Д30 C1 № 957
Для выполнения задания используйте следующий перечень веществ: фосфор, хлорноватая кислота, сульфат натрия, хлорид бария, хлорид калия. Допустимо использование водных растворов веществ.
Из предложенного перечня веществ выберите вещества, между которыми возможна окислительно восстановительная реакция, и запишите уравнение этой реакции. Составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель.
1
Для выполнения задания используйте следующий перечень веществ: фосфор, хлорноватая кислота, сульфат натрия, хлорид бария, хлорид калия. Допустимо использование водных растворов веществ.
Из предложенного перечня веществ выберите вещества, между которыми возможна реакция ионного обмена. Запишите молекулярное, полное и сокращённое ионное уравнения этой реакции.
Источник: РЕШУ ЕГЭ
Соединения состава и может образовать
1) азот
2) фтор
3) фосфор
4) бром
Такую же степень окисления, как в PCl3, фосфор имеет в
1) РСl5
2) Р2O5
3) Н3РО4
4) Н3РО3
Степень окисления +5 фосфор имеет в каждом из двух соединений:
1)
2)
3)
4)
Источник: ЕГЭ по химии 10.06.2013. Основная волна. Урал. Вариант 1
Всего: 402 1–20 | 21–40 | 41–60 | 61–80 | 81–100 …