P-элемент V группы: фосфор и его соединения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования«Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва»

Экспериментально-практическое задание по неорганической химии

P-элемент V группы: фосфор и его соединения

Кузнецова Юлия Денисовна

Петрова Анна Ивановна

Саранск 2021

1. Теоретическая часть

1. Фосфор 15P:

Основное:

Возбужденное:

Значение максимальной степени окисления фосфора соответственно равны:

+5 (,,,)

+3 (, - фосфористая кислота)

Второй типичный элемент V - группы - фосфор является металлом. По величине ОЭО он уступает таким типичным неметаллам, как фтор, кислород, хлор, азот и сера. Увеличение главного квантового числа и атомного радиуса в группе при переходе от азота к фосфору обусловливает ряд особенностей химии фосфора.

Во-первых, сумма первых пяти инонизационных потенциалов резко падает от азота (266,8 В) к фосфору (176,7 B). Это ведет к стабильности положительных степеней окисления, включая высшую характеристическую степень окисления +5. Именно поэтому все производные, содержащие фосфор в степенях окисления меньше +5, проявляют себя как восстановители. В то же время соединения фосфора (+5) в растворах окислителями не являются. Этим же объясняется большая устойчивость кислородных соединений фосфора по сравнению с таковыми азота. Наоборот, водородные соединения фосфора менее стабильны, чем водородные соединения азота.

Во-вторых, валентные возможности фосфора гораздо богаче, чем у азота, вследствие наличия у первого вакантных 3d-арбиталей. При промотированни электрона на одну из 3d-орбиталей у атома фосфора появляться пять неспаренных электронов, которые только по обменному механизму обеспечивают ковалентность, равную 5. Кроме того, свободные 3d-орбитали могут участвовать в образовании ковалентных связей по донорно-акцепторному механизму. В этом случае фосфор акцептирует на эти орбитали электронные пары партнеров доноров. В соответствии с большими валентными возможностями у фосфора появляются новые типы гибридизации, например (к.ч. 5) и (к.ч. 6), которые в принципе не могут быть осуществлены в случае атома азота.

В-третьих, в химии фосфора ярче проявляется склонность к образованию полимерных структур. В противовес простой молекуле в химии гомоатомных соединений фосфора (различных модификацей простых веществ) заметив тендснция к образованию твердых полимеров. В химии фосфора хорошо известны как гомо-, так и тетероценные полимеры, В этом отношение необходимо отметить горизонтальную аналогию в ряду Si - P - S.

Наконец, для фосфора расширяются возможности и для дополнительного -связывания. При этом атомы фосфора могут образовывать не только , но и -связи, причем последние в большинстве случаев предпочтительнее.

2. Фосфор может существовать в виде нескольких аллотропных модификаций, наиболее известными из которых являются белый, красный и чёрный фосфор.

Белый фосфор - самая химически активная модификация фосфора. Белый фосфор имеет молекулярную кристаллическую решётку, в узлах которой находятся четырёхатомные молекулы тетраэдрического строения.

Белый фосфор мягкий, как воск, плавится и кипит без разложения, обладает чесночным запахом, чрезвычайно ядовит даже в малых дозах. На воздухе белый фосфор быстро окисляется и при этом светится зеленоватым цветом. Он нерастворим в воде, но хорошо растворяется в сероуглероде . Воспламеняется при температуре или от трения, поэтому его хранят и режут под слоем воды. Белый фосфор обладает очень высокой химической активностью.

При нагревании без доступа воздуха до 320 белый фосфор превращается в красный фосфор, который представляет собой полимер со сложной структурой .

В зависимости от способа получения и степени дробления красный фосфор имеет оттенки от пурпурно-красного до фиолетового. По своим свойствам красный фосфор очень сильно отличается от белого: он не светится в темноте, не имеет запаха, не растворяется в сероуглероде, не ядовит. Красный фосфор на воздухе не самовоспламеняется, но воспламеняется при трении или ударе. Это свойство используется при изготовлении спичек. При сильном нагревании без доступа воздуха красный фосфор возгоняется и оседает в виде белого фосфора.

Красный фосфор - это модификация с атомной кристаллической решеткой. Формула красного фосфора , 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 250-300 без доступа воздуха.

Чёрный фосфор - это наиболее устойчивая и химически наименее активная форма фосфора. Чёрный фосфор получается при нагревании белого фосфора под высоким давлением до температуры . Чёрный фосфор имеет слоистую структуру.

Чёрный фосфор по внешнему виду похож на графит, имеет чёрный цвет с металлическим блеском, жирный на ощупь, не растворяется в воде и органических растворителях, полупроводник. В отличие от белого фосфора, чёрный фосфор не ядовит. Химическая активность чёрного фосфора значительно ниже, чем у белого и красного фосфора. На воздухе чёрный фосфор устойчив. При нагревании он переходит в красный фосфор.

Сопоставление свойств аллотропных модификаций фосфора представлено в таблице.

Аллотропия фосфора

3. С водородом фосфор образует три соединения: -газообразный фосфористый водород, - жидкий фосфористый водород и - твёрдый фосфористый водород. Газообразный фосфористый водород, или фосфин, можно получить кипячением елого фосфора с раствором KOH или проще действием соляной кислоты на фосфид кальция :

Газообразный фосфористый водород - бесцветный газ с чесночным запахом, очень ядовитый. Одновременно с газообразным фосфористым водородом при реакции иногда образуется немного жидкого фосфористого водорода, пары которого сами собой воспламеняются на воздухе. Присутствиемобъясняются вспышки газообразного фосфористого водорода, происходящие иногда при получении .

При горении фосфористого водорода образуется фосфорный ангидрид и вода:

Подобно аммиаку, фосфористый водород соединяется с гало-геноводородными кислотами (но не с кислородными), образуя соли, в которых роль металла играет группа , называемая фосфонием, напримерхлористый фосфоний . Соли фосфония - очень непрочные соединения; при соприкосновении с водой они разлагаются на галогеноводород и .Фосфор непосредственно соединяется со всеми галогенами с выделением большого количества тепла. Практическое значение имеют главным образом соединения фосфора с хлором.

Треххлористый фосфор получается при пропускании хлора над расплавленным фосфором. Он представляет собой жидкость, кипящую при 76°C.

При действии воды полностью гидролизуется с образованием хлористого водорода и фосфористой кислоты:

При пропускании хлора в треххлористый фосфор получается пятихлористый фосфор в виде твердого белого вещества, которое тоже разлагается водой с образованием хлористого водорода и фосфорной кислоты. Аналогичные соединения фосфор образует с бромом, иодом и фтором; однако для иода соединение состава неизвестно.

Треххлористый и пятихлористый фосфор имеют обширное применение при синтезах различных органических веществ.

2. Экспериментальная часть

1. Красный фосфор энергично сгорает в кислороде с выделением света и тепла в кислороде красный фосфор горит ослепительным белым пламенем. В результате в колбе расплывается белый дым - это оксид фосфора или фосфорный ангидрид (оксид фосфора V)

Фосфорный ангидрид в виде порошка оседает на стенках колбы. Термохимическое уравнение горение фосфора:

(O)=*100% = *100% =77,5%

Оборудование: 1)Штатив; 2)Горелка;3)Палочка стеклянная;4)Трубочка стеклянная.

Техника безопасности: Опыт проводится только под тягой, так как фосфин ядовитый.

2.

3. Практическая часть

1. Составьте уравнение химических реакций, с помощью которых можно осуществить превращения. Укажите условия их протеканий.

1.1. Фосфор оксид фосфора (V) ортофосфорная кислота

ортофосфат калия ортофосфорная кислота.

1) (оксид фосфора (V))

2) (ортофосфорная кислота)

3) +(ортофосфат калия)

4) (ортофосфорная кислота)

1.2. Ортофосфат калия фосфор оксид фосфора (V)

ортофосфорная кислота дигидроортофосфат кальция.

1) (фосфор)

2) (оксид фосфора (V))

3) (ортофосфорная кислота)

4) (дигидроортофосфат кальция)

1.3. Ортофосфорная кислота дигидроортофосфат кальция

гидроортофосфат кальция ортофосфат калия ортофосфорная кислота

1) (дигидроортофосфат кальция)

2)(гидроортофосфат кальция)

3) (ортофосфат калия)

4) (ортофосфорная кислота)

1.4. Фосфор оксид фосфора (3) оксид фосфора (V)

пирофосфорная кислота пирофосфат натрия.

1) (оксид фосфора (3))

2) (оксид фосфора (V))

3)(пирофосфорная кислота)

4)(пирофосфат натрия)

1.5. Фосфор фосфид магния фосфин ортофосфорная кислота

гидроортофосфат кальция.

1) (фосфид магния)

2) (фосфин)

3) (ортофосфорная кислота)

4) (гидроортофосфат кальция)

2. Молярная масса фосфата трехвалентного металла равна 342 г/моль. Установите формулу фосфата, если известно, что молярная масса эквивалента этой соли равна 57 г/моль.

Решение: Пусть количество вещества соли 1моль, тогда масса соли 342г.

m(Me)=342-31-64=247;

m(Me): M(соли)= Мэ(Ме): Мэ(соли)

Мэ(Ме)=247*57/342=41,16667. М(Ме)=Мэ(Ме)*В=41,16667*3=123,5-такого Ме нет!

Наверное,эта соль кислая.Предположим, , тогда m(Me)=342-1*3-31*3-16*12=27;

27:342=Mэ(Ме): 57

Мэ(Ме)=4,5.

М(Ме)=4,5*6=27.

Ответ: .

3. Восстановление плодородия истощенной почвы требует введения фосфорсодержащих удобрений. Определите молекулярные формулы трех таких удобрений - соединений типа (CaO)_X()_Y()_Z, если в них содержится: а) w(CaO) = 54,2% и w() = 45,8%; б) w(CaO) = 32,5% и w() = 41,3%; в) w(CaO) = 23,9% и w() = 60,7%. Как называются эти удобрения?

Ответ: - фосфоритная мука, - преципитат и - двойной суперфосфат.

4. Хотя растения и животные нуждаются в соединениях фосфора как элемента, входящего в состав жизненно важных веществ, загрязнение природных вод фосфатами крайне негативно сказывается на состоянии водоемов. Сброс фосфатов со сточными водами вызывает бурное развитие сине-зеленых водорослей, а жизнедеятельность всех прочих организмов угнетается. Определите количество катионов и анионов, образующихся при диссоциации 25 моль ортофосфата натрия. Ответ: 25 моль ; 75 моль .

5. - гидрофосфат натрия, гидролиз идет в два этапа:

Ионы () хорошо диссоциируют:

фосфор металл синтез аллотропный

В результате ионы частично нейтрализуют ионы . Среда слабощелочная 8 < pH < 11 <11.

- гидрофосфат натрия, гидролиз идет по двум каналам:

Ионы () хорошо диссоциируют, причем этот процесс превалирует:

В результате ионы полностью нейтрализуют ионы и остаются в избытке. Среда слабокислая 4 < pH < 6.

6. На нейтрализацию 7,330 г фосфорноватистой кислоты пошло 4,4444 г гидроксида натрия. Вычислите фактор эквивалентности и молярную массу эквивалента кислоты, её основность и напишите уравнение реакции нейтрализации.

Решение: Молярная масса эквивалента равна его молярной массе

Вещества взаимодействуют между собой в массах, пропорциональных их молярным массам эквивалента:

Молекулярная масса :

M(=3*1+31+2*16=66

Т.е. эквивалент в данной реакции равен 1, следовательно уравнение реакции:

Размещено на Allbest.ru