Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
_koax_files_Chemistry-inorganic.pdf
Скачиваний:
127
Добавлен:
23.02.2015
Размер:
4.38 Mб
Скачать

Характеристика подгруппы углерода

В подгруппу углерода входят углерод, кремний, германий, олово и свинец.

Атомы этих элементов на внешнем уровне содержат по 4 электрона в состоянии …s2р2, чем объясняется сходство их химических свойств.

В обычном состоянии элементы подгруппы углерода двухвалентны, так как их атомы имеют на внешнем уровне два неспаренных электрона.

В возбужденном состоянии они четырехвалентны: на внешнем уровне атомы имеют четыре неспаренных

электрона.

В соединениях проявляют степень окисления, равную

+4 и –4.

Характеристика подгруппы углерода

В соединениях проявляют степень окисления, равную +4 и –4.

Они проявляют также степень окисления, равную +2, причем последняя с увеличением заряда ядра становится более характерной.

Элементы подгруппы относятся к р-

элементам.

Элементы подгруппы образуют оксиды типа 2 и , а водородные соединения – типа

4.

Характеристика подгруппы углерода

Гидраты высших оксидов углерода и кремния обладают кислотными свойствами, гидраты

остальных элементов амфотерны, причем кислотные свойства сильнее выражены у германия, а основные –

у свинца.

От углерода к свинцу уменьшается прочность водородных соединений RН4: СН4 – прочное вещество, а РbН4 в свободном виде не выделено.

В подгруппе с ростом порядкового номера увеличивается атомный радиус, неметаллические

свойства ослабевают, а металлические усиливаются:

углерод и кремний неметаллы; германий, олово и свинец – металлы.

Углерод. Нахождение в природе

В природе углерод встречается как в свободном

состоянии (алмаз и графит), так и в соединениях

(каменный и бурый угли, нефть).

В воздухе содержится в виде оксида углерода (IV).

Входит в состав природных карбонатов:

известняка, мрамора, мела СаСО3,

магнезита МgСО3,

доломита МgСO3·СаСО3.

Является главной составной частью органических веществ.

Содержание углерода в земной коре 0,10%.

Углерод. Физические свойства

Углерод в свободном состоянии известен в виде трех

аллотропических модификаций:

алмаза,

графита,

карбина.

Алмаз — прозрачное кристаллическое вещество с очень сильной лучепреломляемостью.

Является самым твердым из всех природных веществ.

Поэтому его используют для резки стекла и для бурения горных пород.

С 1955 года налажено производство искусственных алмазов из графита.

Углерод. Физические свойства

Графит темно-серое кристаллическое вещество, жирное на ощупь.

Хорошо проводит электричество, но хуже, чем

металлы.

Его применяют для производства карандашей, тиглей и электродов (для технического электролиза).

Графитовые электроды часто заменяют дорогостоящие платиновые электроды.

Налажено производство графита искусственным путем из кокса и антрацита.

Резкое различие физических свойств алмаза и

графита обусловлено различием кристаллических

решеток (рис. 1).

Углерод. Физические свойства

а) б)

Рис. 1 – Схема расположения атомов углерода

валмазе (а) и графите (б)

В кристаллической решетке алмаза каждый атом углерода окружен четырьмя другими.

Атомы расположены на одинаковых расстояниях друг от

друга и очень прочно связаны между собой ковалентными связями по четырем направлениям пространства.

Этим объясняется большая твердость алмаза.

Углерод. Физические свойства

У графита атомы углерода расположены

параллельными слоями.

Расстояние между соседними слоями гораздо больше, чем между соседними атомами в слое.

Это обусловливает малую прочность связи между

слоями, а потому графит легко расщепляется.

Карбин черный порошок с включениями более крупных кристаллов со стеклянным блеском.

Синтезирован в 60-х годах советскими учеными.

Кристаллы карбина состоят из цепочек углеродных атомов, соединенных чередующимися одинарными и тройными связями:

– С ≡ С – С ≡ С – С ≡ С – или (– С ≡ С – )n

Углерод. Физические свойства

По твердости карбин превосходит графит, но значительно уступает алмазу.

Обладает полупроводниковыми свойствами.

При нагревании до 2800oС без доступа воздуха превращается в графит.

Уголь. При термическом разложении органических соединений образуется черный графит, или уголь.

Он представляет собой тонкоизмельченный графит.

Наиболее важными сортами угля являются кокс,

древесный уголь и сажа.

Кокс получается при нагревании каменного угля без

доступа воздуха.

Применяется при выплавке чугуна в доменных печах.

Углерод. Физические свойства

Древесный уголь получается при обугливании

древесины (нагревании без доступа или при незначительном доступе воздуха).

Применяется в качестве топлива в доменных печах,

вагранках, в кузнечных горнах; для получения черного

пороха, поглощения газов, а также в быту.

Сажа получается из углеводородов (природного газа, ацетилена, скипидара и др.) путем сжигания их при

ограниченном доступе воздуха или путем термического разложения в отсутствие воздуха.

Применяется как наполнитель в производстве резины, а также для изготовления черных красок и

сапожной ваксы.

Углерод. Физические свойства

Углерод в виде любой аллотропической модификации не имеет запаха и вкуса. Очень трудно плавится.

Не растворяется во всех обычных растворителях, растворяется лишь в некоторых расплавленных металлах, например в

железе.

При охлаждении такого раствора вновь кристаллизуется в виде графита.

Природный углерод как элемент состоит из двух изопотов:

126 С(98,892%) и 136 С(1,108%).

Кроме того, в атмосфере обнаружены незначительные примеси радиоактивного изотопа: 146 С.

Последний получают искусственным путам, и широко применяют в научных исследованиях.

Углерод. Химические свойства

Соединения углерода с металлами называются

карбидами.

С железом углерод образует карбид железа Fе3С.

Большое практическое значение имеет карбид

кальция СаС2, который получается нагреванием

оксида кальция (извести) СаО и кокса в электропечах:

СаО+= СаС2 +СО2 .

При обработке карбида кальция водой получается

ацетилен: Са2С+2О = Са(ОН)2 +С2Н2 .

Углерод. Химические свойства

С водородом уголь в присутствии никелевого

катализатора и при нагревании образует метан – основную составную часть природных горючих

газов:

С+Н2

= СН4 .

 

При высоких температурах уголь – сильный

восстановитель.

Он восстанавливает железо, медь, цинк, свинец и другие металлы из их оксидов, что широко

используется при получении этих металлов.

Например:

2ZnO +C = 2Zn +CO2 .

Уголь как адсорбент

Уголь (особенно древесный) обладает, большой адсорбционной способностью.

Адсорбцией называется свойство угля и других твердых веществ удерживать на своей поверхности пары, газы и растворенные вещества.

Вещества, на поверхности которых происходит адсорбция,

называются адсорбентами.

Если, например, водный раствор лакмуса хорошо перемешать с мелко растертым углем, а затем смесь профильтровать, то в фильтрате будет бесцветная жидкость – вода.

В этом случае весь растворенный краситель адсорбируется углем.

В технике в качестве адсорбентов применяются и другие вещества, например синтетические смолы, алюмосиликаты и др.

Уголь как адсорбент

Адсорбция угля обусловливается его

пористостью.

Чем больше пор, тем больше поверхность угля и

тем больше адсорбционная способность.

Обычно поры древесного угля частично заполнены различными веществами, что снижает его

адсорбционную способность.

Для усиления адсорбции уголь подвергают специальной обработке – нагревают в струе водяного пара, чтобы освободить его поры от загрязняющих веществ.

Обработанный таким образом уголь называется

активированным.

Уголь как адсорбент

Активированный уголь широко применяется для

очистки:

сахарного сиропа от примесей, придающих ему желтый цвет;

спирта от сивушных масел, растительных масел и жиров.

В медицине таблетки из угля используются:

при желудочных заболеваниях,

при отравлениях для удаления вредных веществ из организма.

Активированный уголь применяется в противогазах

для поглощения отравляющих веществ.

Фильтрующий противогаз, созданный Н. Д.

Зелинским, применялся в первой мировой войне, что

позволило спасти жизнь многим десяткам тысяч людей.

Оксиды углерода

Наиболее известны два оксида углерода: СО и СО2.

Оксид углерода (II) СО образуется в процессе сгорания угля при недостатке кислорода.

В промышленности его получают пропусканием оксида углерода (IV) над раскаленным углем при высокой температуре:

СО2 +С t2СО.

В лабораторных условиях оксид углерода (II) получают

действием концентрированной серной кислоты на муравьиную кислоту при нагревании (серная кислота отнимает воду):

НСООН tН2О+СО.

Оксид углерода (II) бесцветный газ, без запаха, чрезвычайно

ядовитый.

Оксиды углерода

Допустимое содержание СО в производственных помещениях составляет 0,03 мг в 1 л воздуха.

В количествах, опасных для жизни, он содержится в выхлопных газах автомобилей.

Поэтому гаражи должны хорошо проветриваться, особенно, при пуске двигателей.

При высоких температурах оксид углерода (II) — сильный восстановитель.

Он восстанавливает многие металлы из их оксидов:

Fe3O3 +4CO t3Fe +4CO2 .

Это свойство оксида углерода (II) используется при выплавке металлов из руд.

Оксид углерода (II) проявляет способность к реакциям присоединения.

Оксиды углерода

В этих реакциях происходит изменение степени окисления углерода от +2 до +4.

При солнечном освещении он легко присоединяет хлор, образуя фосген – сильно ядовитый газ, применявшийся в первой

мировой войне как отравляющее вещество:

+2

+4

2

= C ОCl2 .

В присутствии цинк-хромовых катализаторов при 400°С и

давлении 30 МПа СО соединяется с водородом с образованием

метилового спирта: +2

+2 = СН3ОН.

 

Оксид углерода (II) горит синим пламенем с выделением

большого количества теплоты:

2= 2СО2 .

Поэтому он вместе с другими газами входит в состав некоторых видов газообразного топлива генераторного и водяного газов.

Оксиды углерода

Оксид углерода (IV) СО2 образуется в природе при

горении и гниении.

Содержится в воздухе (объемная доля 0,03%.), а

также во многих минеральных источниках (нарзан,

боржоми и др.).

Выделяется при дыхании животных и растений.

В лабораторных условиях СО2 получается действием

соляной кислоты на мрамор:

СаСО3 +H+ = Ca2+ +H2O +СО2 .

В промышленности оксид углерода (IV) получается при обжиге известняка:

СаСО3 tCaO +СО2 .

Оксиды углерода

Оксид углерода (IV) — бесцветное газообразное вещество.

Он в 1,5 раза тяжелее воздуха, поэтому его можно переливать из одного сосуда в другой.

Не поддерживает горения и дыхания.

Зажженная лучина в нем гаснет, а человек и животные при большой концентрации СО2 задыхаются.

СО2 сжижается при комнатной температуре под давлением 6 МПа.

В жидком состоянии хранится и транспортируется в стальных баллонах.

При открывании вентиля баллона жидкий оксид углерода (IV) испаряется, в результате чего часть газа переходит в

снегообразную массу.

Твердый оксид углерода называют сухим льдом.

Оксиды углерода

При комнатной температуре в 1 объеме воды растворяется примерно 1 объем СО2.

При этом образуется угольная кислота.

Реакция – обратимая, равновесие сильно смещено влево:

СО2 +Н2О Н2СО3.

Оксид углерода (IV) обладает всеми свойствами кислотных оксидов.

СО2 – вещество очень прочное. Однако некоторые металлы отнимают кислород (горение Мg в СО2):

2Mg +СО2 = 2MgO +С.

Оксид углерода

сахара, при газировании воды, тушении пожаров (содовыми огнетушителями).

Сухой лед используется для хранения скоропортящихся продуктов. ,(IV)

Угольная кислота

Угольная кислота весьма слабая, существует только в растворе.

При нагревании раствора она разлагается на оксид углерода (IV) и воду.

Как двухосновная, угольная кислота диссоциирует ступенчато:

Н2СО3 Н+ +НСО3, I cтупень, НСО3- H+ +CO32, IIступень.

В соответствии с этим она образует два ряда солей:

средние карбонаты и кислые гидрокарбонаты.

Они проявляют общие свойства солей.

Карбонаты и гидрокарбонаты щелочных металлов и аммония хорошо растворимы в воде.

Угольная кислота. Соли

В растворе соли диссоциируют на ионы:

Na2СО3 = 2Na+ +СО32,

3= Na+ +HCO3.

Соли угольной кислоты получают при взаимодействии СО2 с растворами щелочей:

СО2 +ОН= НСО3,

2+2ОН= СО32+Н2О.

Карбонаты щелочноземельных металлов в воде

малорастворимы, гидрокарбонаты растворимы.

В природе растворимая соль гидрокарбоната кальция

образуется из малорастворимого карбоната кальция,

оксида углерода (IV) и воды:

СаСО3 +СО2 +Н2О = Са(НСО3 )2.

Угольная кислота. Соли

Наибольшее практическое значение имеют соли:

2СО3 – карбонат натрия (сода, углекислая сода).

Это белый порошок, хорошо растворимый в воде.

Из водного раствора кристаллизуется в виде кристаллогидрата 2СО3·10Н2О.

Получаются также Nа2СО3·7Н2О и Nа2СО3·Н2О.

Эти кристаллогидраты называются кристаллической содой.

При прокаливании образуется безводная, кальцинированная сода 2СО3 (от слова кальцинация прокаливание).

Из кальцинированной соды получают другие ее виды: кристаллическую, питьевую.

Сода применяется в производстве стекла, мыла, бумаги, в домашнем обиходе в качестве моющего средства и т. д.

Угольная кислота. Соли

NаHСО3 гидрокарбонат натрия (питьевая сода,

двууглекислая сода).

Это белый порошок, малорастворимый в воде.

При нагревании до 100°С легко разлагается:

2NaHCO3 = Na2CO3 +H2O +CO2 .

Питьевая сода применяется:

в медицине,

в домашнем обиходе,

для производства искусственных минеральных вод,

для снаряжения огнетушителей.

Угольная кислота. Соли

К2СО3 карбонат калия (поташ) – белый порошок, хорошо растворимый в воде.

Содержится в золе растений.

Применяется:

в производстве мыла,

при изготовлении тугоплавкого стекла,

в фотографии.

СаСO3 карбонат кальция.

Встречается в природе в виде мела, мрамора и известняка, которые применяются в строительном деле.

Из известняка получают известь и оксид углерода (IV).

Качественная реакция на карбонат-ион

Важнейшей реакцией на карбонат-ион СО32является реакция разложения карбонатов с помощью

разбавленных минеральных кислот – соляной или серной.

При этом с шипением выделяются пузырьки оксида углерода (IV):

СО32++ = СО2 ↑ +2О.

При пропускании газа через раствор гидроксида кальция (известковую воду) он мутнеет в результате образования СаСO3 :

СО2 +Са2+ +2ОН= СаСО3 ↓ +Н2О.

При избытке СО2 помутнение исчезает:

СаСО3 +СО2 +Н2О = Са2+ +2НСО3.

Твердое, жидкое и газообразное топливо

В качестве топлива используются вещества, выделяющие при сгорании большое количество теплоты.

По физическому состоянию топливо бывает твердым, жидким

и газообразным.

Различают также естественное и искусственное топливо.

Естественное топливо используется в том виде, в каком оно находится в природе (дрова, солома, торф, бурый и каменный уголь, сланцы, нефть, природные горючие газы).

Искусственное топливо получается из естественного путем его физико-химической переработки (древесный уголь, кокс,

нефтепродукты: бензин, керосин, лигроин, мазут; газы,

получаемые из твердого топлива, – генераторный, водяной и др.).

Твердое, жидкое и газообразное топливо

Основные виды твердого топлива – каменный и бурый уголь, антрацит, торф, горючие сланцы, дерево.

Ископаемые угли, антрацит и торф образовались в результате медленного разложения растений без д-ступа воздуха.

Твердое топливо в основном состоит из углерода, водорода, кислорода, азота, влаги и минеральных веществ.

Углерод и водород составляют горючую часть топлива.

Влага и минеральные вещества негорючую часть (балласт).

Горючая часть составляет:

у антрацита 97%,

каменного угля 89,4%,

бурого угля 74%,

торфа 64,2%,

дерева 56%.

Из этих видов твердого топлива лучшим является антрацит.

Дрова как топливо потеряли свое прежнее значение.

Твердое, жидкое и газообразное топливо

Основными видами жидкого топлива являются продукты переработки нефти:

бензин,

керосин,

лигроин,

мазут.

Получают также искусственное жидкое топливо из твердых горючих ископаемых – углей и сланцев.

На жидком топливе работают самолеты, автомобили, тракторы.

Нефть состоит главным образом из смеси углеводородов.

Они легко разделяются путем перегонки.

Горючая часть нефти составляет 99,7%.

Твердое, жидкое и газообразное топливо

Основные виды газообразного топлива

природный, генераторный и водяной газы.

Природный газ — это дешевый и весьма удобный

вид топлива.

Он состоит из метана и небольшого количества

других газов.

Газообразное топливо имеет ряд преимуществ по сравнению с жидким и твердым:

оно полнее сгорает при меньшем избытке воздуха;

позволяет достигнуть более высоких температур;

при горении не образуется зола,

меньше образуется продуктов сгорания, отравляющих

атмосферу;

упрощается управление процессом горения.

Твердое, жидкое и газообразное топливо

Генераторный газ получают пропусканием воздуха через раскаленный уголь в печах специального устройства –

газогенераторах.

Он состоит главным образом из оксида углерода (II) и азота.

Применяется для обогрева металлургических и коксовых печей.

При пропускании через раскаленный уголь водяного пара

образуется водяной газ:

С+Н2О СО+Н2.

Водяной газ состоит главным образом из оксида углерода (II)

иводорода.

Он используется не только как топливо, но и как сырье для получения водорода при синтезе аммиака.

Из него и водорода синтезируют жидкое топливо.

При сжигании генераторный газ дает 4184 кДж/м3, а водяной

11715кДж/м3.

Вопросы и задачи

Изобразить электронное строение атома углерода и указать характерные степени окисления.

Как доказать, что алмаз, графит и карбин образованы одним и тем же элементом?

Каковы химические свойства углерода?

Что называется адсорбцией? Каково ее техническое применение?

Какие химические свойства характерны для оксида углерода

(II)?

Каковы валентность и степень окисления углерода и СО и СО2?

Каково отношение солей угольной кислоты к нагреванию и действию растворов минеральных кислот? Привести соответствующие примеры.

Изобразить с помощью уравнений реакций следующие превращения:

СО2 МgСO3 Мg (НСОз)2 МgСO3.

Вопросы и задачи

Какими преимуществами обладает газообразное топливо?

При пропускании 2 м3 воздуха через раствор Са(ОН)2 образовалось 3 г СаСО3. Определите содержание СО2 (%) в воздухе. (Ответ: 0,03%.)

При сжигании 48 мл смеси газов СО, СО2 и избытка

кислорода объем смеси уменьшился на 6 мл. Вычислите содержание СО (%) в этой смеси.

(Ответ: 25%.)

Кaкого состава образуется соль и какова ее концентрация в растворе, который образовался при пропускании всего оксида углерода (IV), получившегося при сжигании 2,24 л метана, через 19,1 мл 32%-ного

раствора гидроксида натрия(пл. 1,35 г/см3)?

(Ответ: Na2СО3; 35%.)

Фосфор. Нахождение в природе

В природе фосфор встречается только в виде соединений.

Важнейшее из них – фосфат кальция – минерал

апатит.

Известно много разновидностей апатита, из

которых наиболее распространен фторапатит

ЗСа3(РО4)2·СаF2.

Разновидности апатита слагают осадочные горные породы – фосфориты.

Фосфор входит в состав белковых веществ в

виде различных соединений.

Содержание фосфора в тканях мозга составляет

0,38%, в мышцах – 0,27%.

Фосфор. Нахождение в природе

Самые богатые в мире залежи апатитов находятся

близ г. Кировска на Кольском полуострове.

Фосфориты широко распространены на Урале, в

Поволжье, в Сибири, Казахстане, Эстонии,

Белоруссии и других местах.

Большие меcторождения фосфоритов имеются в

Северной Африке, Сирии и США.

Общее содержание фосфора в земной каре составляет 0,08%.

Фосфор необходим для жизни растений. Поэтому

почва всегда должна содержать, достаточное количество его соединений.

Фосфор. Получение

Фосфор получают из апатитов или фосфоритов.

Их смешивают с углем (коксом) и песком и

прокаливают в электрической печи:

Ca3 (PO4 )2 +5C +3SiO2 t 3CaSiO3 +2P +5CO.

 

+5

 

2

 

P

+5e = P,

 

5

 

 

2+

 

С2e = C.

Пары фосфора сгущают и улавливают в приемнике с водой.

Фосфор. Физические свойства

Известно несколько аллотропических модификаций фосфора:

белый,

красный,

черный и др.

Образование их объясняется различным

расположением атомов относительно друг друга в кристаллических решетках.

Белый фосфор — бесцветное и очень ядовитое

вещество.

Получается конденсацией паров фосфора.

Не растворятся в воде, но хорошо растворяется в сероуглероде.

При длительном слабом нагревании белый фосфор

переходит в красный.

Фосфор. Физические свойства

Красный фосфор – порошок красно-бурого цвета, не ядовит.

Нерастворим в воде и сероуглероде.

Установлено, что красный фосфор представляет собой смесь нескольких аллотропических модификаций, которые отличаются друг от друга цветом (от алого до фиолетового) и некоторыми другими свойствами.

Свойства красного фосфора во многом зависят от условий его получения.

Фосфор. Физические свойства

Черный фосфор по, внешнему виду похож на

графит, жирен на ощупь, обладает

полупроводниковыми свойствами.

Получается длительным нагреванием белого

фосфора при очень большом давлении (200° С

и 1200 МПа).

Природный фосфор состоит из одного стабильного изотопа 1531 Р.

Широкое применение нашел искусственный радиоактивный изотоп 3215 Р (период полураспада

14,3 суток).

Фосфор. Химические свойства

Атом фосфора на внешнем энергетическом уровне содержит 5 электронов:

15 Р1s2 2s2 2p6 3s2 3p3

В’=2’=3

 

3p

 

2p

 

3s

Поэтому для фосфора характерны степени окисления – 3 и +5.

Он проявляет также степень окисления +3.

В жидком состоянии и в парах при температуре ниже 800°С молекула фосфора состоит из четырех

атомов.

При нагревании выше 800° С она распадается:

Р4 2 .

Фосфор. Химические свойства

В химическом отношении белый фосфор сильно отличается от красного.

Так, белый фосфор легко окисляется и самовоспламеняется на воздухе, поэтому его хранят

под водой.

Красный фосфор не воспламеняется на воздухе, но

воспламеняется при нагревании свыше 240°С.

При окислении белый фосфор светится в темноте.

Фосфор соединяется со многими простыми веществами – кислородом, галогенами, серой и

некоторыми металлами:

+3S Р2S3 ,

+3Са Сa3P2 .

Фосфор. Химические свойства

Реакции с белым фосфором протекают легче, чем с

красным.

Соединения фосфора с металлами называются

фосфидами.

Они легко разлагаются водой с образованием фосфина – РН3 очень ядовитого газа с чесночным запахом: Сa3P2 +6H2O =3Ca(OH)2 +2PH3 .

Фосфид цинка Zn3P2 используется как зооцид для, борьбы с грызунами.

По аналогии с 3 фосфин способен к реакциям присоединения:

+HI = PH4I.

Фосфор. Применение

Красный фосфор применяется для производства

спичек.

Из красного фосфора, сульфида сурьмы (III), железного сурика (природного оксида железа (III) с примесью кварца) и клея приготовляется смесь, которую наносят на боковые поверхности спичечной коробки.

Головка спичек состоит главным образом из бертолетовой соли, молотого стекла, серы и клея.

При трении головки о намазку спичечной коробки красный фосфор воспламеняется, поджигает состав головки, а от него загорается дерево.

Белый фосфор широкого применения не имеет. Обычно его используют в фармацевтических препаратах, а также для образования дымовых завес.

Черный фосфор применяется очень редко.

Фосфор. Оксиды

Фосфор образует несколько оксидов.

Важнейшими из них являются Р4О6 и Р4О10 .

Часто их формулы упрощенно изображают как

Р2О3 и Р2О5.

Оксид фосфора (III) Р4О6 воскообразная кристаллическая масса, плавящаяся при 22,5°С.

Получается сгоранием фосфора при недостатке

кислорода.

Сильный восстановитель.

Очень ядовит.

Фосфор. Оксиды

Оксид фосфора (V) Р4О10 белый гигроскопический порошок.

Получается при горении фосфора в избытке воздуха или кислорода.

Он очень энергично соединяется с водой, а также отнимает воду от других соединений, превращая, например:

H24 в SO3 , а HNO3 в N2O5.

Применяется как осушитель газов и жидкостей.

Фосфорная кислота и ее соли

Взаимодействуя с водой, Р4O10 образует тетраметафосфорную кислоту (НРО3)4 (упрощенно ее часто пишут как НРО3).

Последняя при кипячении с избытком воды образует

ортофосфорную кислоту Н3РО4.

При нагревании Н3РО4 образуется двуфосфорная, или пирофосфорная кислота Н4Р207:

+2H2O = (HPO3 )4 ,

(HPO3 )4 4H2O = 4H3PO4 , 2H3PO4 = H4P2O7 +H2O.

Наибольшее практическое значение имеет ортофосфорная, так как ее соли – ортофосфаты используются в качестве

удобрения.

Ортоосфорная кислота белое твердое вещество. С водой смешивается в любых соотношениях.

В отличие от азотной кислоты не является окислителем.

Фосфорная кислота и ее соли

В промышленности ее получают двумя способами:

экстракционным и термическим.

По первому способу измельченный фосфат кальция обрабатывают серной кислотой:

Ca3 (PO4 )2 +3H24 = 2H3PO4 +3Ca SO4 .

СаSO4 выпадает в виде осадка, а кислота остается в растворе.

Вместе с кислотой в раствор переходят многие примеси сульфаты железа, алюминия и др.

Такая кислота идет на производство удобрений.

По второму способу сначала получают фосфор (восстановлением природного фосфата в электропечи).

Затем фосфор окисляется до P4O10, а последний соединяется с водой.

Получается чистая кислота (концентрация до 80%).

Фосфорная кислота и ее соли

В водном растворе ортофосфорная кислота

подвергается ступенчатой диссоциации.

Будучи трехосновной кислотой, она образует три ряда солей — первичные, вторичные и третичные

фосфаты.

Все фосфаты щелочных металлов и аммония

растворимы в воде.

Из кальциевых солей фосфорной кислоты растворяется в воде лишь дигидрофосфат кальция

Са(Н2РО4)2.

Гидроортофосфат кальция СаНРО4 и ортофосфат

кальция Са3(РО4)2 растворимы в органических кислотах, которые содержатся в подзолистых и

торфяных почвах.

Фосфорные удобрения

Фосфорные удобрения – вещества, содержащие фосфор в связанном виде относятся к важнейшим минеральным удобрениям.

Фосфор необходим для нормального развития растений.

Фосфорные удобрения составляют половину всех производимых минеральных удобрений.

Наиболее распространенными фосфорными удобрениями являются следующие.

Фосфоритная мука получается при тонком размоле фосфоритов. Так как она содержит малорастворимую соль

Са3(РО4)2, то усваиваться растениями может только на кислых почвах – подзолистых и торфяных.

Усвоению благоприятствует тонкость помола, а также внесение ее

в почву совместно с кислыми удобрениями, например, с (NH4)2SO4 или навозом.

Фосфорные удобрения

Простой суперфосфат получается обработкой апатитов и фосфоритов серной кислотой.

Цель обработки – получить растворимую, соль, хорошо усвояемую растениями в любой почве:

Ca3 (PO4 )2 +2H24 = Ca(H2PO4 )2 +2Ca SO4 .

Смесь полученных солей Са(Н2РО4)2 и СаSO4 называется

простым суперфосфатом.

Его производят в очень больших количествах как в гранулированном виде, так и в виде порошка.

Гранулированное удобрение имеет ряд преимуществ по сравнению с порошковым:

его легче хранить (не слеживается),

удобнее вносить в ночву с помощью туковых сеялок,

но главное — на большинстве почв оно дает более высокий прирост урожая.

Фосфорные удобрения

Двойной суперфосфат — концентрированное фосфорное удобрение состава Са(Н2РО4)2.

По сравнению с простым суперфосфатом не содержит балласта СаSO4.

Получение двойного суперфосфата состоит из двух стадий.Сначала получают фосфорную кислоту.

Затем водным раствором фосфорной кислоты обрабатывают апатит или фосфорит.

Количество исходных продуктов берется согласно уравнению реакции:

Ca3 (PO4 )2 +4H3РО4 =3Ca(H2PO4 )2 .

Фосфорные удобрения

Преципитат — концентрированное фосфорное удобрение состава СаНРО4·2Н2О.

Мало растворим в воде, но хорошо растворим в органических кислотах.

Получается при нейтрализации фосфорной кислоты гидроксидом

кальция:

H3PO4 +Ca(ОH)2 = CaHPO4 )2 2H2O.

Костная мука, получаемая при переработке костей домашних животных, содержит Са3(РО4)2.

Аммофос — удобрение, содержащее фосфор и азот.

Получается при нейтрализации фосфорной кислоты аммиаком.

Обычно содержит соли (NH4 )2 HPO4 и NH4H2PO4 .

Таким образом, фосфорными удобрениями являются кальциевые и аммонийные соли фосфорной кислоты.

Минеральные удобрения

Промышленность, производящая минеральные удобрения (азотные, фосфорные, калийные, и др.)

называется туковой.

Производство минеральных удобрений непрерывно возрастает.

Минеральные удобрения называют промышленными, поскольку они производятся на химических заводах.

Минеральные удобрения подразделяют на простые и комплексные (сложные и смешанные).

Простые удобрения содержат один питательный

элемент.

Например, натриевая селитра содержит азот, а хлорид калия калий и т. д.

Минеральные удобрения

Сложные удобрения в однородных частицах содержат два и более питательных элемента.

Например, калийная селитра содержит калий и азот, нитрофоска азот, фосфор и калий и т. д.

Смешанные удобрения представляют собой механические смеси разных видов удобрений – простых, сложных или тех и других. Они часто называются тукосмесями.

Разработка рациональных методов производства удобрений обеспечит их удешевление и улучшение физико-химических, свойств.

Известно, что простой суперфосфат, которого ежегодно производят несколько миллионов тонн, содержит до половины балласта СаSO4.

Большой эффект дает обработка фосфатов азотной кислотой, а не серной.

Минеральные удобрения

Большое внимание уделяется производству смешанных удобрений, содержащих

микроэлементы.

Микроэлементы, или микроудобрения, применяются в

незначительных количествах – от десятков граммов до нескольких килограммов на гектар, этим и объясняется их название.

Они благоприятствуют росту и развитию растений, улучшению качества растительных продуктов.

Вопросы и примеры

Изобразить графическую электронную формулу фосфора.

Написать уравнение реакции получения простого суперфосфата.

В каком количестве нитрата аммония содержится столько же азота, сколько его содержится в 17 кг нитрата натрия?

{Ответ: 8 кг.)

Сколько оксида фосфора (V) образуется при сгорании фосфина, полученного из 18,2 г фосфида кальция Са3Р2?

(Ответ: 14,2 г.)

В образце суперфосфата содержится 20% Р205. Определить, какому содержанию соли Са(Н2РО4)2 (в %) отвечает такое содержание оксида фосфора (V)?

(Ответ: 33%.)