Решебник по химии 9 класс Габриелян | Страница 103

Лабораторный опыт 38

Налейте в пробирку 2 мл раствора фосфата натрия и добавьте с помощью пипетки несколько капель раствора нитрата серебра. Что вы наблюдаете? Составьте молекулярное и ионное уравнения реакции.

При добавлении раствора нитрата серебра (AgNO₃) к раствору фосфата натрия (Na₃PO₄) образуется жёлтый осадок — фосфат серебра (Ag₃PO₄), плохо растворимое вещество. Это качественная реакция на фосфат-ион PO₄³⁻.

Молекулярное уравнение реакции:

(Na₃PO₄ + 3AgNO₃ → Ag₃PO₄↓ + 3NaNO₃)

Полное ионное уравнение:

(3Ag⁺ + PO₄³⁻ → Ag₃PO₄↓)

Образование осадка подтверждает наличие в растворе ионов PO₄³⁻. Это реакция обмена, сопровождающаяся выпадением малорастворимого вещества.

Стр. 103

Проверьте свои знания

1. Дайте характеристику фосфора на основании его положения в Периодической системе Д. И. Менделеева.

Фосфор — элемент 3-го периода, VA-группы (15-я группа) Периодической системы. Его атом имеет 15 протонов и 15 электронов, которые располагаются на трёх энергетических уровнях: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p³. На внешнем энергетическом уровне находится 5 электронов, из которых 3 неспаренных, поэтому фосфор может проявлять валентность III и V. Он является типичным неметаллом с высокой реакционной способностью. В соединениях с менее электроотрицательными элементами фосфор проявляет степень окисления –3, а с более электроотрицательными — +3 и +5. Эта способность проявлять различные степени окисления объясняет его окислительно-восстановительную двойственность.

2. Сравните аллотропные модификации фосфора, то есть найдите черты сходства и различия между ними.

Фосфор существует в нескольких аллотропных формах, основными из которых являются белый и красный фосфор. Белый фосфор состоит из молекул P₄ и представляет собой мягкое, воскообразное вещество, которое легко воспламеняется на воздухе, ядовито и светится в темноте (хемилюминесценция). Хранится под водой. Красный фосфор — твёрдое, устойчивое вещество, не растворяется в воде, не ядовито, не светится, менее реакционноспособно, получается из белого фосфора при нагревании без доступа воздуха. Оба типа фосфора состоят из атомов одного и того же элемента, но различаются кристаллической структурой, химической активностью и физическими свойствами.

3. Опишите получение, свойства и применение красного фосфора. Ответ подтвердите уравнениями соответствующих реакций.

Красный фосфор получают из белого фосфора путём нагревания в герметичном сосуде без доступа воздуха. Он значительно менее активен, чем белый фосфор, не светится и не воспламеняется на воздухе. При взаимодействии с активными металлами, такими как кальций, фосфор образует фосфиды:

(3Ca + 2P → ca₃p₂)

При взаимодействии с водой или кислотами фосфиды выделяют фосфин (PH₃):

(Ca₃P₂ + 6H₂O → 3Ca(OH)₂ + 2PH₃↑)

Красный фосфор также проявляет окислительные свойства, например, при взаимодействии с кислородом:

(4P + 5O₂ → 2P₂O₅)

Этот оксид фосфора(V) используется для получения ортофосфорной кислоты:

(P₂O₅ + 3H₂O → 2H₃PO₄)

Красный фосфор используется в производстве спичек, фосфорных удобрений, полупроводников и в качестве компонента пиротехнических составов и дымовых шашек.

Стр. 103

Примените свои знания

4. Запишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующее превращение: P → Ca₃P₂ → PH₃ → P₂O₅ → H₃PO₄ → K₃PO₄ → Ag₃PO₄.

Это цепочка превращений фосфора, проходящая через различные соединения:

7. (6P + 3Ca → Ca₃P₂) — получение фосфида кальция;

8. (Ca₃P₂ + 6H₂O → 2PH₃↑ + 3Ca(OH)₂) — фосфид реагирует с водой, образуя фосфин;

9. (4PH₃ + 8O₂ → P₂O₅ + 4H₂O) — фосфин сгорает, образуя оксид фосфора(V);

10. (P₂O₅ + 3H₂O → 2H₃PO₄) — оксид растворяется в воде, образуя фосфорную кислоту;

11. (H₃PO₄ + 3KOH → K₃PO₄ + 3H₂O) — нейтрализация, получаем фосфат калия;

12. (K₃PO₄ + 3AgNO₃ → Ag₃PO₄↓ + 3KNO₃) — фосфат калия реагирует с нитратом серебра, образуя жёлтый осадок фосфата серебра.

5. Найдите массу 2%-ного раствора фосфорной кислоты, необходимую для нейтрализации 30 г 8%-ного раствора гидроксида натрия. Рассчитайте массу полученного раствора.

Найдём массу NaOH в растворе:

(30 г × 0,08 = 2,4 г NaOH)

По уравнению реакции:

(H₃PO₄ + 3NaOH → Na₃PO₄ + 3H₂O)

Для нейтрализации 3 моль NaOH требуется 1 моль H₃PO₄, то есть:

(2,4 г NaOH ÷ 40 г/моль = 0,06 моль NaOH)

(0,06 моль ÷ 3 = 0,02 моль H₃PO₄)

Масса H₃PO₄: (0,02 моль × 98 г/моль = 1,96 г)

Так как это 2%-ный раствор, масса раствора:

(1,96 г ÷ 0,02 = 98 г раствора H₃PO₄)

Общая масса раствора:

(30 г раствора NaOH + 98 г раствора H₃PO₄ = 128 г)

Ответ: нужно 98 г раствора фосфорной кислоты, масса полученного раствора — 128 г.

6. Один из способов получения фосфорной кислоты — окисление фосфора концентрированной азотной кислотой. Используя метод электронного баланса, составьте уравнение данной реакции, протекающей по схеме: P + HNO₃ → H₃PO₄ + NO₂↑ + NO↑. Какая масса фосфорной кислоты образуется при окислении 17,2 г технического красного фосфора, содержащего 10% примесей?

Чистый фосфор: (17,2 г × 0,9 = 15,48 г)

(15,48 г ÷ 31 г/моль = 0,5 моль P)

Уравнение реакции с балансом:

(5P + 8HNO₃ (конц.) → 5H₃PO₄ + 4NO₂ + 4NO + 2H₂O)

Из 5 моль P образуется 5 моль H₃PO₄, то есть из 0,5 моль — 0,5 моль H₃PO₄

(0,5 моль × 98 г/моль = 49 г)

Ответ: образуется 49 г фосфорной кислоты.

Стр. 103

Выразите свое мнение

7. Сравните продукты реакции горения фосфина с продуктами горения и каталитического окисления аммиака. Как вы думаете, с чем связано различие?

При горении фосфина (PH₃) в кислороде происходит реакция:

(2PH₃ + 4O₂ → P₂O₅ + 3H₂O) — образуется оксид фосфора(V) и вода.

Фосфин полностью окисляется до оксида фосфора, азот при этом не участвует, так как его нет в составе.

При обычном горении аммиака (NH₃) в кислороде:

(4NH₃ + 3O₂ → 2N₂ + 6H₂O) — аммиак окисляется до азота и воды.

При каталитическом окислении аммиака:

(4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O) — в присутствии катализатора (например, платины) образуется оксид азота(II), а не молекулярный азот.

Различие связано с составом веществ и условиями реакции. В фосфине содержится фосфор, который при горении полностью окисляется до оксида, а азот — нет. В аммиаке азот может либо высвобождаться в виде простого вещества, либо окисляться до NO — в зависимости от условий. Катализатор позволяет окислить азот в аммиаке до более высокой степени окисления, чем при обычном горении.

Стр. 103

Используйте дополнительную информацию

8. Один из городов России расположен в следующей точке земного шара: 67°34′03″ с. ш., 33°23′36″ в. д. Как называется этот город? Какое отношение к изучаемой теме он имеет? Составьте краткую информационную справку об этом городе.

Указанные координаты (67°34′03″ с. ш., 33°23′36″ в. д.) соответствуют городу Апатиты, расположенному в Мурманской области, на Кольском полуострове.

Отношение к теме

Город Апатиты имеет непосредственное отношение к изучаемой теме, так как является крупным научным и промышленным центром, связанным с химией фосфора и его соединений. Недалеко от города находится Хибинское месторождение апатитов — природного минерала, содержащего фосфор. Именно в честь этого минерала город и получил своё название.

Краткая информационная справка:

Апатиты — город на северо-западе России, на юге Мурманской области, основанный в XX веке. Он возник как рабочий посёлок при разработке Хибинских апатитовых месторождений. Здесь находится Кольский научный центр Российской академии наук и Институт проблем промышленной экологии Севера. Основное сырьё, добываемое в окрестностях, используется для производства фосфорных удобрений, что делает Апатиты важным звеном в цепочке химической переработки фосфора.

Параграф 20. Общая характеристика элементов IVA-группы. Углерод