ЕГЭ. Правила составления окислительно-восстановительных реакций (фосфор)

Белый фосфор, химические свойства, получение

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.

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:

Взаимодействие фосфора с металлами

Фосфор реагирует при нагревании с активными металлами и металлами средней активности образуя фосфиды:

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.

Вопросы:

1. Напишите уравнения: а) фосфора с кислородом; б) фосфина (PH3) с хлороводородом; в) раствора фосфорной кислоты с гидроксидом калия (в молекулярной и ионной формах).

2. Как можно доказать, что красный и белый фосфор — это две аллотропные разновидности одного и того же элемента?

3. В трех пронумерованных пробирках находятся растворы фосфорной и соляной кислот и фосфата натрия. Как их можно распознать? Напишите уравнения соответствующих реакций.

Оксид фосфора (iii), триоксид фосфора (p2o3)

Способы полученияоксида фосфора (III)

• Р₂О₃ образуется при горении фосфора в недостатке кислорода или его медленном окислении:

Физические свойстваоксида фосфора (III)

При комнатной температуре Р2О3 — белая воскообразная масса с неприятным запахом. Легко испаряется, его Тпл = 23,5°С

Пары существует в виде димеров Р4О6.

!Очень ядовит

Химические свойстваоксида фосфора (III)

• Р₂О₃ как кислотный оксид при взаимодействии с водой образует фосфористую кислоту:

• Реакция диспропорционирования происходит очень бурно при растворении Р₂О₃в горячей воде:

• При взаимодействии Р₂О₃с щелочами образуются соли фосфористой кислоты:

• При взаимодействии с окислителями P₂O₃ проявляет восстановительные свойства:

Окисление кислородом воздуха:

Окисление галогенами:

Оксид фосфора (v), пентаоксид фосфора, фосфорный ангидрид (р2о5)

Способы полученияфосфорного ангидрида

Сжигание фосфора в избытке воздуха:

Физические свойствафосфорного ангидрида

При комнатной температуре Р2О5 — белые стеклообразные хлопья без запаха. Существует в виде димеров Р4О10.

Очень гигроскопична, при соприкосновении с воздухом расплывается в сиропообразную жидкость (НРO3). Р2О5 — самое эффективное осушающее средство и водоотнимающий агент. Применяется для осушения нелетучих веществ и газов.

Химические свойствафосфорного ангидрида

Р2О5 проявляет кислотные свойства.

Как кислотный оксид Р2О5 взаимодействует:

• с водой, с образованием различных кислот:

• с основными оксидами, с образованием фосфатов

• с щелочами, с образованием средних и кислых солей

• Фосфорный ангидрид способен отнимать у других веществ не только гигроскопическую влагу, но и химически связанную воду. Например, он дегидратирует оксокислоты, что широко используется для получения ангидридов кислот:

Оксиды фосфора

Ортофосфорная кислота, фосфорная кислота (н3рo4)

Способы полученияфосфорной кислоты

В промышленности Н3РO4 получают двумя способами:

• Разложением природного соединения – фосфата кальция Са₃(РO₄)₂ серной кислотой:

• Доменный (термический) 3х-стадийный способ:

1 стадия— восстановление природных фосфоритов коксом

2 стадия – окисление получающихся паров свободного фосфора кислородом воздуха

3 стадия – орошение водой получающейся окиси фосфора:

Лабораторный способ

• Н₃РO₄ получают окислением фосфора азотной кислотой:

• Взаимодействием фосфорного ангидрида с водой:

Физические свойства, строениефосфорной кислоты

При обычной температуре безводная Н3РO4 – прозрачное, легкоплавкое (Тпл = 42°С) кристаллическое вещество. Н3РO4 -очень гигроскопичное вещество и смешивается с водой в любых соотношениях. Н3РO4 с небольшим количеством воды образует сиропообразную, вязкую жидкость.

Степень окисления фосфора в фосфорной кислоте равна 5, валентность равна V.

При нагревании орто-фосфорной кислоты выше 213 °C, она переходит в пирофосфорную H4P2O7.

При нагревании выше 700°С переходит в метафосфорную кислоту HPO3:

Качественные реакциидля обнаружения фосфат-иона

Для обнаружения анионов фосфорной кислоты используют раствор AgNO3, при помощи которого также можно различить мета-, пиро- и ортофосфорные кислоты друг от друга.

При добавлении AgNO3 к кислотам образуются осадки различного цвета:

• метафосфат серебра AgPO₃— белый
• пирофосфат серебра Ag₄P₂O₇ – также белый, но он не свертывает яичного белка
• ортофосфат серебра Ag₃PO₄— желтый:

Химические свойствафосфорной кислоты

Фосфорная кислота H3PO4 – это электролит средней силы и представляет собой трехосновную кислоту.

Диссоциация протекает в основном по 1-й ступени:

По 2-й и 3-й ступеням диссоциация протекает в ничтожно малой степени:

• Н₃РO₄ проявляет все общие свойства кислот — взаимодействует с активными металлами:

• с основаниями образует три ряда солей – одно-, двух- и трехзамещенные (кислые и средние соли):

• с аммиаком образует соли аммония:

• Вытесняет более слабые кислоты из их солей (карбонатов, сульфидов и др.). Также вступает в обменные реакции с солями:

• При нагревании H₃PO₄ выше 200°С происходит отщепление молекулы воды с образованием пирофосфорной кислотыH₂P₂O₇:

В отличие от аниона NO3 — в азотной кислоте, анион РO4 3- окисляющим действием не обладает.

Ответы и решения:

2. Сильно нагревая красный фосфор в отсутствие воздуха, получаем белый фосфор. Это значит, что это 2 аллотропные модификации одного элемента.

3. Фосфат натрия определим при помощи лакмуса, среда его раствора щелочная, лакмус синеет. А кислоты определим при помощи раствора

Решебник по химии за 9 класс (А.М.Радецкий, 2022 год),

задача

№1

к главе «

Тема III. Подгруппа азота. Работа 3. Фосфор и его соединения

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.

Соединения фосфора

Типичные соединения фосфора:

Соли ортофосфорной кислоты (ортофосфаты, фосфаты)

Способы полученияфосфатов

Получают кислоты с металлами, оксидами металлов, гидроксидами (см. Химические свойства ортофосфорной кислоты)

Физические свойствафосфатов

Н3РO4 является 3х-основной кислотой, поэтому образует 3 типа солей:

Химические свойствафосфатов

• Имеют свойства, характерные для солей.

• Соли щелочных металлов подвержены гидролизу:

• Характерная особенность ортофосфатов – отношение к прокаливанию: однозамещенные соли переходят в метафосфаты, двухзамещенные – в пирофосфаты, из трехзамещенных изменяются только соли аммония:

Соли фосфористой кислоты (фосфиты)

Способы полученияфосфитов

• Взаимодействие фосфористой кислоты с щелочами:

• взаимодействие фосфористой кислоты с металлами с выделением Н₂

• взаимодействие фосфористой кислоты с оксидами металлов

• диспропорционирование фосфора в горячем, концентрированном растворе щелочи:

• Взаимодействие трихлорида фосфора с разбавленным раствором щелочи:

Физические свойствафосфитов

Двухосновная фосфористая кислота образует два типа солей:

а) однозамещенные фосфиты (кислые соли), в молекулах которых атомы металлов связаны с анионами Н2РО3, например: NaH2PO3, Са(H2PO3)

б) двухзамещенные фосфиты (средние соли), в молекулах которых атомы металлов связаны с 2 или 1 анионом HPO3, например: Na2HPO3, СаHPO3.

Хорошо растворимы в воде только фосфиты щелочных металлов и кальция, остальные фосфиты плохо растворимы.

Химические свойствафосфитов

Имеют химические свойства, характерные для солей

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.

Фосфиды

Способы получения

Взаимодействие фосфора с металлами:

Физические свойства, строение фосфидов

Фосфиды – представляют собой продукты взаимодействия фосфора с металлами.

Фосфиды щелочных и щелочноземельных металлов имеют ионное строение.

Химические свойствафосфидов

Фосфиды крайне неустойчивы и легко подвергаются необратимому гидролизу с образованием РН3:

Фосфин (ph3)

Способы полученияфосфина

Прямым синтезом PH3получить нельзя.

• Фосфин получают путем водного или кислотного гидролиза фосфидов:

• Реакция диспропорционирования фосфора в щелочах:

• Разложение солей фосфония (Температура выше 80ºС):

Физические свойствафосфина

При нормальной температуре фосфин является бесцветным газом с резким чесночным запахом. В воде малорастворим, хорошо растворим в органических растворителях

Фосфин — Яд!

Химические свойства фосфина

• PH₃не реагирует с водой, щелочами, аммиаком.

PH3 — Проявляет свойства сильного восстановителя.

• Вступает в реакции с кислотами – окислителями:

• С безводными кислотами образует соли:

Окисляется кислородом. При Т

Практического значения фосфин не имеет.

Фосфор — урок. химия, 9 класс.

Фосфорные удобрения

Фосфаты и гидрофосфаты кальция и аммония используются в качестве фосфорных удобрений.

При достаточном количестве фосфора растения быстро растут и хорошо плодоносят. Внесение фосфорных удобрений благоприятствует росту корневой системы растения и повышению урожайности. В связи с этим такие удобрения важны при выращивании овощных, зерновых и плодово-ягодных культур.

В таблице ниже приведены основные виды фосфорных удобрений.

Категории V группа (азот, фосфор), НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

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.

Химические свойства фосфидов

1. Фосфиды легко разлагаются водойили кислотамис 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 восстановительныесвойства за счет фосфора в степени окисления -3.

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 кислородомвоздуха образу

ются оксиды – ангидриды соответствующих кислот:

4P       3O2    →  2P2O3

4P       5O2    →  2P2O5

Горение белого фосфора:

Горение красного фосфора:

1.2. При взаимодействии фосфора с галогенамиобразуются галогениды с общей формулой  PHal3 и PHal5:

2P       3Cl2    →  2PCl3

2P       5Cl2    →  2PCl5

Фосфор реагирует с бромом:

1.3. При взаимодействии фосфора ссеройобразуются сульфиды:

2P       3S   →   P2S3

2P       5S   →   P2S5

1.4. При взаимодействии с металламифосфор 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

Ещепример: натрий взаимодействует с фосфором с образованием фосфида натрия:

P       3Na   →  Na3P

1.5. С водородомфосфор непосредственно не взаимодействует.

2.Со сложными веществамифосфор реагирует, проявляя окислительные и восстановительные свойства. Фосфор диспропорционирует при взаимодействии с некоторыми веществами.

2.1.При взаимодействии сокислителямифосфор окисляется до оксида фосфора (V) или до фосфорной кислоты.

Например, азотная кислотаокисляет фосфор до фосфорной кислоты:

5HNO3          P     →   H3PO4        5NO2↑        H2O

5HNO3          3P         2H2O   →    3H3PO4        5NO↑

Серная кислотатакже 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 вщелочахфосфор 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↑  

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.

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.