2 Фосфор и его соединения

Вопросы для самоподготовки

1. Укажите расположение фосфора в Периодической системе элементов и дайте общую характеристику этого элемента.

2. Приведите известные вам лабораторные и промышленные способы получения фосфора.

3. Почему у азота и фосфора различная термодинамическая стабильность молекул типа Э₂?

4. Приведите строение молекулярных и полимерных аллотропных модификаций фосфора, почему при стандартных условиях эти модификации – твёрдые вещества?

5. В состав каких природных соединений входит фосфор?

6. Как получают фосфин? Сравните строение и свойства фосфина и аммиака. Какие свойства проявляет фосфин в окислительно-восстановительных реакциях?

7. Сравните значения констант диссоциации кислородных кислот фосфора и серы, а также азота и фосфора, объясните изменение этих величин в указанных рядах и парах.

8. Одинаково ли пространственное строение нитрат- и метафосфат-ионов? Почему?

Лабораторная работа по теме: «фосфор и его соединения»

Опыт 1. Аллотропия. Превращение красного фосфора в белый

(Опыт проводить в вытяжном шкафу!)

Белый фосфор токсичен и может воспламеняться на воздухе при с.у.. Все опыты с белым и красным фосфором, а также с фосфином проводите в вытяжном шкафу. Белый фосфор следует брать только пинцетом.

При попадании белого фосфора на кожу промойте поражённое место 2%-ным раствором сульфата меди или перманганата калия. Всю посуду после опытов с фосфором надо погрузить на некоторое время в 10%-ный раствор сульфата меди.

Положите на дно пробирки кусочек сухого красного фосфора и закройте отверстие ватным тампоном. Закрепите пробирку горизонтально в лапке штатива. Осторожно нагрейте то место, где лежит фосфор. Наблюдайте появление налета смеси белого фосфора с оксидом фосфора (III) на холодных стенках пробирки. Прекратите нагревание и отнесите пробирку в темное место для наблюдения свечения фосфора. Почему в этих условиях конечным продуктом, образующимся при нагревании красного фосфора, оказывается белый фосфор?

Пинцетом уберите ватный тампон из пробирки и поместите его в 10%-ный раствор сульфата меди.

Потрите стеклянной палочкой те места пробирки, где находится белый фосфор. Что происходит с белым фосфором, когда палочку вынимают из пробирки?

Пробирку с белым фосфором погрузите на некоторое время в 10%-ный раствор сульфата меди. Составьте уравнения реакций.

Какая из аллотропных модификаций фосфора наиболее химически активна? Почему?

Опыт 2. Получение и свойства фосфористого водорода (фосфина)

(Опыт проводить в вытяжном шкафу!)

В фарфоровую чашку поместите 10 капель раствора соляной кислоты и внесите пинцетом кусочек фосфида кальция. Наблюдайте выделение газа и самопроизвольное его воспламенение. Объясните наблюдаемое явление. Запишите уравнения реакций. Какие соединения фосфора с водородом известны?

В чём сходство и различие свойств фосфина и аммиака, дифосфина и гидразина?

Опыт 3. Свойства фосфористой кислоты

(Опыт проводить в вытяжном шкафу!)

Нарисуйте графическую формулу и укажите основность фосфористой кислоты.

а) Налейте в пробирку 1 мл раствора фосфористой кислоты, нейтрализуйте его содой до слабокислой реакции и прилейте несколько капель раствора нитрата серебра. Что наблюдается? Нагрейте жидкость с осадком. Что происходит? Напишите уравнения реакций.

б) К другой порции раствора фосфористой кислоты прилейте раствор перманганата калия. Что происходит? Напишите уравнение реакции. Сделайте вывод об окислительно-восстановительных свойствах кислоты.

в) Налейте в фарфоровую чашку 1 мл раствора фосфористой кислоты, нагрейте на водяной, а затем на песчаной бане. Что наблюдается? Напишите уравнения реакций.

Опыт 4. Получение и свойства оксида фосфора (V)

(Опыт проводить в вытяжном шкафу!)

а) Кусочек красного фосфора положите в фарфоровую чашку. Сухую чистую воронку укрепите на расстоянии 0,5 мм от чашки концом вверх. Подожгите фосфор лучиной. Какое соединение осаждается на стенках воронки? Соскоблите палочкой полученный оксид фосфора и разделите на две части.

б) Одну порцию поместите в фарфоровую чашку и оставьте до конца занятия.

в) Другую часть оксида фосфора (V) внесите в пробирку с водой. Что происходит? Оставьте продукт для опыта 5. Напишите уравнения реакций.

Какое строение имеет молекула оксида фосфора (V) Р₄О₁₀ и полиморфные модификации этого оксида?

Опыт 5. Получение и свойства полиметафосфорных кислоты. Качественные реакции на метафосфат-ионы.

а) К раствору, полученному в опыте 4(в), прилейте водный раствор белка. Что наблюдаете?

б) К раствору метафосфата натрия прилейте несколько капель раствора нитрата серебра. Что наблюдаете? Подействуйте на выпавший осадок разбавленной азотной кислотой. Напишите уравнения реакций.

в) Поместите в фарфоровую чашку 1 мл 95%-ного раствора ортофосфорной кислоты. Доведите её до сиропообразного состояния нагреванием на песчаной бане. После этого прокалите при 350^оС. С помощью известных Вам качественных реакций убедитесь в том, что при прокаливании ортофосфорной кислоты образуется метафосфорная кислота. Напишите уравнение реакции.

Каково строение полиметафосфорных кислот? Велика ли их растворимость в воде и степень диссоциации в этих растворах?

Опыт 6. Получение и свойства ортофосфорной кислоты. Качественные реакции на ортофосфат-ион

а) Поместите в пробирку немного оксида фосфора (V), добавьте дистиллированной воды до половины объема пробирки, несколько капель 0,1 М серной кислоты и прокипятите суспензию на водяной бане примерно 10 мин, доливая воду до первоначального объема. После остывания разлейте раствор на три пробирки.

б) К раствору в первой пробирке прибавьте несколько капель «молибденовой жидкости» (молибдат аммония, подкисленный раствором азотной кислоты). При необходимости нагрейте пробирку пламенем спиртовки. Отметьте цвет выпавшего осадка. Уравнение качественной реакции на ортофосфат-ион имеет вид:

Н₃РО₄+12(NH₄)₂MoO₄+21HNO₃ = (NH₄)₃[Р(Mo₃O₁₀)₄]•Н₂О+21NH₄NO₃+10H₂O

в) К раствору во второй пробирке прибавьте 1-2 капели раствора нитрата серебра. Отметьте цвет образовавшегося осадка. Напишите уравнение реакции. Подействуйте на выпавший осадок 1М раствором азотной кислотой. Напишите уравнения реакций.

г) Добавьте в третью часть раствора, полученного в опыте 6(а), водный раствор белка. Объясните результат опыта.

д) Положите в пробирку немного фосфорита, добавьте 60%-ным раствором серной кислоты и нагрейте до кипения. Разбавьте полученный раствор водой и прилейте к нему «молибденовую жидкость». Что происходит? Объясните результат опыта. Напишите уравнения реакций.

е) Растворите кусочек красного фосфора в концентрированной азотной кислоте при нагревании. Слейте раствор в фарфоровую чашку и удалите избыток азотной кислоты выпариванием. Докажите, что остаток является ортофосфорной кислотой.

Опыт 7. Обнаружение пирофостат-иона

К раствору пирофосфата натрия добавьте немного раствора нитрата серебра. Отметьте цвет образовавшегося осадка и составьте уравнение реакции. Растворяется ли осадок в разбавленной азотной кислоте?

Опыт 8. Кальциевые соли ортофосфорной кислоты

В три пробирки налейте раствор CaCl₂, в одну из них добавьте аммиак и раствор Na₂HPO₄, в другую – только раствор Na₂HPO₄, в третью – раствор NaH₂PO₄. Напишите уравнения реакций и объясните влияние рН среды на состав продуктов реакции.

Опыт 9. Термическое разложение солей ортофосфорной кислоты

а) В две пробирки, закрепленные в лапках штатива, внесите кристаллики дигидрофосфата натрия NaH₂PO₄. Одну пробирку оставьте как контрольную, а вторую прокалите в течение 5 мин, нагревая на пламени спиртовки. Охладите пробирку. В обе пробирки прилейте равное количество воды для растворения солей и добавьте по 2 капли раствора нитрата серебра. Отметьте различие в окраске осадкой. Напишите уравнения реакций.

б) Проведите аналогичный опыт с гидрофосфатом натрия Na₂HPO₄. Сделайте вывод о различном характере разложения гидро- и дигидрофосфатов. Что образуется при прокаливании NH₄NaHPO₄?