§31. Соединения фосфора.

1. Опишите строение и свойства фосфина.

Ответ:

Молекула фосфина имеет форму трехгранной пирамиды с основанием в виде правильного треугольника. Молекула фосфина менее полярна, чем молекула аммиака. Водородная связь между молекулами PH₃ практически не проявляется и поэтому по сравнению с аммиаком, фосфин имеет более низкие температуры плавления и кипения.

Фосфин – бесцветный ядовитый газ с чесночным запахом. Он самовоспламеняется на воздухе:
2PH₃ + 4O₂ = P₂O₅ + 3H₂O

В воде PH₃ растворим гораздо хуже аммиака, а его водные растворы, в отличие от NH₃, не проявляют щелочных свойств.

С сильными кислотами фосфин, как и аммиак, образует соли, в составе которых находится ион фосфония PH₄⁺, сходный с ионом аммония NH₄⁺:
PH₃ + HI = PH₄I

2. Дайте характеристику строения и свойств оксида фосфора (V). В чём причина его способности к димеризации?

Ответ:

Молекулы оксида фосфора (V) P₄O₁₀ представляет собой четыре тетраэдра PO₄, соединенных друг с другом общими вершинами.

Причина димеризации оксида фосфора (V) состоит в том, что фосфор стремится сохранить структуру молекулы P₄ и сформировать в дальнейшем тетраэдр, в центре которого находился бы атом фосфора, а по углам атомы кислорода.

По своему характеру является типичным кислотным оксидом. Наиболее характерным свойством P₂O₅ является его необычайная гигроскопичность, т. е. способность энергично поглощать пары воды из воздуха. При этом он сам расплывается в аморфную массу метафосфорной кислоты HPO₃:
P₂O₅ + H₂O = 2HPO₃

При кипячении фосфорного ангидрида с водой образуется ортофосфорная кислота. Её часто называют просто фосфорной кислотой:
P₂O₅ + 3H₂O = 2H₃PO₄

3. Фосфорную кислоту можно получить, обработав измельчённый фосфат кальция кислотой:
1) соляной 2) серной 3) уксусной 4) азотной
Выберите правильный ответ, запишите уравнение этой химической реакции, укажите тип реакции.

Ответ:

Фосфорную кислоту можно получить, обработав измельчённый фосфат кальция серной кислотой:
Ca₃(PO₄)₂ + 3H₂SO₄ = 2H₃PO₄ + 3CaSO₄

4. Составьте формулы возможных солей фосфорной кислоты с аммиаком, кальцием, алюминием. Назовите их.

Ответ:

`NH_3 + H_3PO_4 = underset("дигидрофосфат аммония")(NH_4H_2PO_4)`

`2NH_3 + H_3PO_4 = underset("гидрофосфат аммония")((NH_4)_2HPO_4)`

`3NH_3 + H_3PO_4 = underset("фосфат аммония")((NH_4)_3PO_4)`

`Ca + 2H_3PO_4 = underset("дигидрофосфат кальция")(Ca(H_2PO_4)_2) + H_2"↑"`

`Ca + H_3PO_4 = underset("гидрофосфат кальция")(CaHPO_4) + H_2"↑"`

`3Ca + 2H_3PO_4 = underset("фосфат кальция")(Ca_3(PO_4)_2) + 3H_2"↑"`

`2Al + 6H_3PO_4 = underset("дигидрофосфат алюминия")(2Al(H_2PO_4)_3) + 3H_2"↑"`

`2Al + 3H_3PO_4 = underset("гидрофосфат алюминия")(Al_2(HPO_4)_3) + 3H_2"↑"`

`2Al + 2H_3PO_4 = underset("фосфат алюминия")(2AlPO_4) + 3H_2"↑"`

5. Составьте уравнения реакций следующих превращений:
Ca₃(PO₄)₂ ⟶ P ⟶ P₂O₅ ⟶ Ca(H₂PO₄)₂ ⟶ Ca₃(PO₄)₂
Укажите условия их протекания.

Ответ:

2Ca₃(PO₄)₂ + 10C + 6SiO₂   ^t ⟶ 6CaSiO₃ + 10CO↑ + 4P

4P + 5O₂ ⟶ 2P₂O₅

P₂O_5(изб.) + Ca(OH)₂ + H₂O ⟶ Ca(H₂PO₄)₂

Ca(H₂PO₄)₂ + 2Ca(OH)₂ ⟶ Ca₃(PO₄)₂ + 4H₂O

6. Почему при действии на раствор гидроксида кальция избытка фосфорной кислоты образующийся вначале осадок исчезает? Объяснение подтвердите уравнениями реакций.

Ответ:

При действии на раствор гидроксида кальция фосфорной кислотой образуется осадок фосфата кальция:
3Ca(OH)₂ + 2H₃PO₄ = Ca₃(PO₄)₂↓ + 6H₂O

При при дальнейшем добавлении фосфорной кислотой, фосфат кальция растворяется, так как образуется растворимая соль – дигидрофосфат кальция:
Ca₃(PO₄)₂ + 4H₃PO₄ = 3Ca(H₂PO₄)₂

7. Можно ли использовать в лаборатории оксид фосфора (V) для осушки следующих газов: углекислый газ, сероводород, кислород, аммиак, сернистый газ? Ответ аргументируйте.

Ответ:

Оксид фосфора (V) можно использовать в лаборатории для осушки:

• углекислого газа, т. к. оба являются кислотными оксидами;
• кислорода, т. к. кислород сильный окислитель, а фосфор в оксиде фосфора (V) находится в максимальной степени окисления, и не может больше отдавать электроны;
• сернистого газа, т. к. оба являются кислотными оксидами.

Оксид фосфора (V) нельзя использовать в лаборатории для осушки:

• сероводорода, т. к. сероводород является сильным восстановителем, а оксид фосфора (V) проявляет окислительные свойства;
• аммиака, т. к. аммиак обладает основными свойствами, а оксид фосфора (V) – кислотными.

8. Какую массу (г) раствора с массовой долей фосфорной кислоты 40% можно получить из минерала фосфорита массой 100 кг, содержащего 93% Ca₃(PO₄)₂?

Ответ:

Дано:

`ω(H_3PO_4) = 40%`

`m("фосфорита") = 100" кг"`

`ω(Ca_3(PO_4)_2) = 93%`

`m("р-ра "H_3PO_4) = ?`

Решение

`Ca_3(PO_4)_2 + 3H_2SO_4 = 2H_3PO_4 + 3CaSO_4`

`m(Ca_3(PO_4)_2) = (ω(Ca_3(PO_4)_2)*m("фосфорита"))/100 = (93*100)/100 = 93" кг"`

`n(Ca_3(PO_4)_2) = (m(Ca_3(PO_4)_2))/(M(Ca_3(PO_4)_2)) = 93/310 = 0.3" кмоль"`

`n(H_3PO_4) = 2*n(Ca_3(PO_4)_2) = 2*0.3 = 0.6" кмоль"`

`m(H_3PO_4) = n(H_3PO_4)*M(H_3PO_4) = 0.6*98 = 58.8" кг"`

`m("р-ра "H_3PO_4) = (100*m(H_3PO_4))/(ω(H_3PO_4)) = (100*58.8)/40 = 147" кг"`

Ответ: `m("р-ра "H_3PO_4) = 147" кг"`.

9. Какая масса (г) оксида фосфора (V) образуется при полном сгорании фосфина PH₃, полученного из фосфида кальция массой 18,2 г?

Ответ:

 Дано:

`m(Ca_3P_2) = 18.2 г`

`m(P_2O_5) = ?`

Решение

`Ca_3P_2 + 6H_2O = 3Ca(OH)_2 + 2PH_3"↑"`

`2PH_3 + 4O_2 = P_2O_5 + 3H_2O`

`n(Ca_3P_2) = (m(Ca_3P_2))/(M(Ca_3P_2)) = 18.2/182 = 0.1" моль"`

`n(P_2O_5) = n(Ca_3P_2) = 0.1" моль"`

`m(P_2O_5) = n(P_2O_5)*M(P_2O_5) = 0.1*142 = 14.2 г`

Ответ: `m(P_2O_5) = 14.2 г`.