§ 58 Фосфор и его соединения

•Напишите формулу высшего оксида фосфора.

•Напишите формулу гидрида фосфора.

•Какова основность фосфорной кислоты H3PO4?

•Изобразите графическую формулу фосфорной кислоты.

290

Из этих уравнений видно, что фосфор(V), как и кремний, образует ряд кислот разной степени гидратированности вплоть до фосфорной H3PO4. Как и у кремния, атом фосфора окружён четырьмя атомами кислорода, поэтому метафосфорная кислота (HPO3)n — полимер:

Связи Р—О—Р в метафосфорных кислотах обратимо гидратируются, при этом выделяется энергия:

Рис. 66. Получение белого фосфора из красного

291

Связи Р—О—P имеют огромное значение для всего живого. Эти связи образуются в молекуле аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). При гидролизе одной или двух связей Р—О—P выделяется энергия, использующаяся на все процессы жизнедеятельности.

Фосфорная кислота H3PO4 (раньше её называли ортофосфорной кислотой) представляет собой белые гигроскопичные кристаллы. На воздухе они поглощают влагу и расплываются, поэтому фосфорная кислота поступает в продажу в виде 85%-ного раствора. Фосфорная кислота очень хорошо растворяется в воде, образуя вязкие растворы. Это трёхосновная кислота: по первой ступени она кислота средней силы, по второй — слабая, по третьей — очень слабая. Она образует три ряда солей: средние фосфаты (Na3PO4), гидрофосфаты (Na2HPO4) и дигидрофосфаты (NaH2PO4).

Выполните задание 1 после параграфа.

Если на фосфат натрия, долго хранившийся в контакте с воздухом, капнуть избытком сильной кислоты, наблюдается выделение газа. Это реагирует карбонат, который образуется при реакции фосфата натрия с углекислым газом воздуха:

2Na3PO4 + CO2 + H2O = 2Na2HPO4 + Na2CO3

Фосфаты и гидрофосфаты всех металлов, кроме щелочных, нерастворимы в воде. Однако при действии на них сильных кислот образуются растворимые дигидрофосфаты или свободная фосфорная кислота:

2Na3PO4 + 3CaCl2 = Ca3(PO4)2Ї + 6NaCl

Ca3(PO4)2 + 6HNO3 = 3Ca(NO3)2 + 2H3PO4

Выполните задание 2 после параграфа.

Фосфаты необходимы всем организмам для построения ДНК и АТФ; у животных фосфаты также входят в состав костной ткани. В связи с этим фосфаты необходимы как животным (кормовые добавки), так и растениям (удобрения). К сожалению, в природе они встречаются в виде апатитов Ca5(OH)(PO4)3 и фоcфоритов Ca3(PO4)2, которые малорастворимы, а потому почти не усваиваются. Чаще всего их превращают в суперфосфат

292

Ca(H2PO4)2, обрабатывая серной кислотой. В качестве отходов образуется фосфогипс CaSO4 с примесями серной кислоты. Никто до сих пор не придумал, как его использовать, поэтому его складируют в виде огромных терриконов.

Соединение фосфора с водородом PH3 называется фосфином. Это газ.

Связь P—H малополярна, поэтому фосфин не проявляет кислотных свойств. Его можно получить двумя способами. Первый способ — сплавление фосфора с влажной щёлочью (фосфор здесь окисляет сам себя):

t

2P + 2NaOH + H2O = Na2HPO3 + PH3-

Второй способ похож на способ получения силана SiH4: действие кислот на фосфиды металлов. Их, в свою очередь, можно получить прямым взаимодействием простых веществ:

t

3Mg + 2P = Mg3P2 + Q

Mg3P2 + 6HCl = 3MgCl2 + 2PH3

Как и силан, фосфин самовоспламеняется на воздухе: PH3 + 2O2 = H3PO4 + Q

1.Запишите уравнения трёх возможных реакций гидроксида калия KOH с фосфорной кислотой H3PO4.

2.Можно ли нитрат серебра использовать для качественного обнаружения фосфатов?

3.Какой фосфор более активен химически — белый или красный?

4.Какая экологическая проблема возникает при производстве фосфорной кислоты из фосфоритов или апатитов?

5.Как обнаружить примесь карбоната в фосфате?

6.Почему фосфат серебра растворяется в азотной кислоте?

7.Почему фосфор необходим всем живым организмам?

8.Составьте таблицу, в которой укажите сходства и различия кремния и фосфора, а также их соединений.

9.Напишите уравнения реакций:

а) KOH + H3PO4 (три реакции)

б) KH2PO4 + KOH (две реакции) в) Ca3(PO4)2 + HCl (три реакции) г) Na3PO4 + Pb(NO3)2

д) Ca3P + HCl

10. Как отличить растворимый фосфат от хлорида, от иодида, от карбоната, от сульфата?

293

11.Помимо экологической проблемы, при производстве суперфосфата возникает технологическая. Она связана с тем, что реагент и один из продуктов реакции нерастворимы. К чему приводит эта проблема и как её решают?

12.Удобрение простой суперфосфат — это смесь Ca(H2PO4)2 и CaSO4, получаемая при обработке фосфорита серной кислотой. Какова массовая доля в простом суперфосфате:

а) Ca(H2PO4)2;

б) P2O5;

в) фосфора?

13.Сколько фосфора можно получить из 100 кг фосфорита, содержащего 20 % инертных примесей, если выход реакции составляет 80 %?

14.Изобразите структурную формулу пирофосфорной кислоты H4P2O7.

Язнаю строение аллотропных модификаций фосфора

Яумею составлять уравнения реакций, характеризующих химические свой-

ства фосфора и его соединений

294