Фосфор и его соединения

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.

Оксид фосфора (iii), триоксид фосфора (p2o3)

Способы полученияоксида фосфора (III)

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

4Р 3О2 = 2Р2О3

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:

Р2О3 ЗН2О =2H3PO3

• Реакция диспропорционирования происходит очень бурно при растворении Р₂О₃вгорячей воде:

2Р2О3 6Н2О = РН3 ЗH3PO4

• При взаимодействии Р₂О₃ с щелочами образуются соли фосфористой кислоты:

Р2О3 4NaOH = 2Na2HPO3 Н2О

• При взаимодействии с окислителями P₂O₃ проявляет восстановительные свойства:

Окисление кислородом воздуха:

Р2О3 О2 = Р2О5

Окисление галогенами:

Р2О3  2Cl2  5Н2О = 4HCl 2H3PO4

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

Способы полученияфосфорного ангидрида

Сжигание фосфора в избытке воздуха:

4Р 5О2 = 2Р2О5

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

Р2О5проявляет кислотные свойства.

Как кислотный оксид Р2О5 взаимодействует:

• с водой, с образованием различных кислот:

Р2О5 Н2О = 2HPO3 метафосфорная

Р2О5 2Н2О = Н4Р2О7 пирофосфориая
(дифосфорная)

Р2О5 ЗН2О = 2H3PO4 ортофосфорная

• с основными оксидами, с образованием фосфатов

Р2О5 ЗВаО = Ва3(PO4)2

• с щелочами, с образованием средних и кислых солей

Р2О5 6NaOH = 2Na3PO4 ЗН2О

Р2О5 4NaOH = 2Na2HPO4 Н2О

Р2О5 2NaOH = 2NaH2PO4 Н2О

• 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:

Р2О5 2HNО3 = 2HPO3 N2О5

Р2О5 2НСlО4 = 2HPO3 Сl2О7

P2O5 H2SO4 → 2HPO3 SO3

P2O5 2CH3COOH → 2HPO3 (CH3CO)2O

ВидеоопытВзаимодействие оксида фосфора с водой

Онлайн урок: фосфор по предмету химия 8 класс |

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.

Na3РO4 Н2О = Na2HPO4 NaOH

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

NaH2PO4 = NaPO3 H2O

Na2HPO4 = Na4P2O7
H2O

(NH4)3PO4 = 3NH3 H2O

Соли фосфористой кислоты (фосфиты)

Способы полученияфосфитов

• Взаимодействие фосфористой кислоты с щелочами:

Н2[НРО3] NaOH = NaH[HРО3] Н2О

Н2[НРО3] 2NaOH = Na2[HРО3] 2Н2О

• взаимодействие фосфористой кислоты с металлами с выделением Н₂

Н2[НРО3] Ca = Ca[HРО3] Н2

• взаимодействие фосфористой кислоты с оксидами металлов

Н2[НРО3] CaO = Ca[HРО3] Н2O

• диспропорционирование фосфора в горячем, концентрированном растворе щелочи:

P4 8NaOH(конц) 4H2O = Na2[HРО3] 6H2

• Взаимодействие трихлорида фосфора с разбавленным раствором щелочи:

PCl3 5NaOH(разб) = Na2[HРО3] 3NaCl 2H2O

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

Фосфиды

Способы получения

Взаимодействие фосфора с металлами:

2P 3Mg → Mg3P2

2P 3Ca → Ca3P2

P 3Na → Na3P

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:

Ca3P2 6H2O → 3Са(ОН)2 2PH3↑

Mg3P2 6HCl → 3MgCl2 2PH3↑

Фосфин (ph3)

Способы полученияфосфина

Прямым синтезом PH3 получить нельзя.

• Фосфин получают путем водного или кислотного гидролиза фосфидов:

Ca3P2 6H2O → 3Са(ОН)2 2PH3↑

Mg3P2 6HCl → 3MgCl2 2PH3↑

• Реакция диспропорционирования фосфора в щелочах:

4P 3KOH 3H2O → 3KH2PO2 PH3↑

• Разложение солей фосфония (Температура выше 80ºС):

P4I ↔ HI PH3↑

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:

PH3 8H2SO4(конц) = H3PO4 8SO2↑ 3H2O

PH3 8HNO3(конц. гор) = H3PO4 8NO2↑ 4H2O

• С безводными кислотами образует соли:

HI PH3↑ = P4I

• Окисляется кислородом. При Т ~ 150ºС самовозгорается:

РН3 2О2 = P2O5 H2O (Н3РО4)

Практического значения фосфин не имеет.

Фосфор и его соединения

Фосфорные кислоты

Фосфор
образует только 2 устойчивых оксида, в которых он находится в степенях
окисления 5 и 3. Однако существует большое число кислот, в которых фосфор
имеет валентность равную V (пять ковалентных связей) и степени окисления 5,
4, 3, 1.

Строение
наиболее известных кислот выражается следующими формулами:

Наибольшее
практическое значение имеют ортофосфорная (фосфорная) и ортофосфористая
(фосфористая) кислоты.

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.

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 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.

Эксперимент по химии: горение фосфора в кислороде