Фосфор и его соединения.
план-конспект по химии по теме

Тема: Фосфор и его соединения. Его химические и биологические особенности

Цели:1) Обобщить и систематизировать знания учащихся о фосфоре и его  соединениях, значении этих веществ в природе и в  жизни человека;

2) Активизировать познавательную деятельность учащихся на всех   этапах урока, способствовать развитию логического мышления,  умению устанавливать взаимосвязь состава, строения и свойств                изучаемых соединений;

3) Воспитывать умение работать в атмосфере творчества, любовь   к предмету;

Тип урока: интегрированный урок (химия + биология)

Дидактические и материальные оснащения: интерактивная доска, ноутбук, мультимедейный проектор, компьютерная презентация по теме «Фосфор и его соединения»; реактивы: фосфат натрия, нитрат свинца, штатив с пробирками.

Содержание и ход урока.

I. Организационный момент.

II. Формирование новых знаний, умений, навыков.

Фосфор – элемент жизни и мысли.

А.Е.Ферсман

История открытия

   В поисках философского камня – вещества, превращающего все в золото, немецкий алхимик Хенниг Бранд в 1669 году упарил до твердого остатка почти тонну мочи из солдатских казарм. Сухой остаток он смешал с углем и прокалил. Ночью совершенно случайно Бранд заметил, что новое вещество в виде белой пыли светится в колбе. Так был получен белый фосфор Р4:

                 4NaPO4 + 10C = P4 + 6Na2O + 10CO

     Свойством белого фосфора светится, Бранд немедленно воспользовался: он стал показывать новое вещество как диковинку, продавал ее на вес золота и разбогател, а потом дорого продал свой секрет.

    Название элемент получил от греческих слов «фос»  - свет и «форос» - несущий (светоносный).

   Строение атома

       +15Р)))    1s2 2s2 2p6 3s2 3p3

            285

   Фосфор в периодической системе химических элементов Д.И.Менделеева находится в третьем периоде, в пятой группе, в главной подгруппе.

                                Фосфор – химический элемент.

1. Химический знак – Р.
2. Аr (P) = 31
3. Валентность – переменная (III;V)
4. Нахождение в природе.

Фосфор встречается в природе только в виде соединений. Важнейшими его минералами являются фосфориты, апатиты. Фосфор входит в состав растительных и животных белков. Содержание фосфора в тканях мозга – 0,38%, в мышцах – 0,27%.

Фосфор – простое вещество.

1.Химическая формула – Р.

2.Mr(Р) =31

3. М (Р) = 31г/моль

4. Физические свойства.

Фосфор образует несколько аллотропных модификаций:

1. Белый фосфор  - Р4 – бесцветное или желтое ядовитое вещество, нерастворимое в воде, растворяется в органических растворителях, легкоплавок, летуч,  окисляется на воздухе, поэтому его хранят под слоем воды,  светится в темноте.
2. Красный фосфор – порошок красно – бурого цвета, не ядовит, нерастворим в воде, в органических растворителях, нелетуч. Возгоняется при сильном нагревании и, охлаждаясь, превращается в белый фосфор.
3. Черный фосфор – похож на графит, не растворим в воде, обладает полупроводниковыми свойствами.
4. Химические свойства.

а) Фосфор – окислитель

1) Взаимодействие с металлами:

    2P + 3Ca = Ca3P2 (фосфид кальция)

б) Фосфор – восстановитель

1) Горение

     4Р + 5О2 =2Р2О5

2) Взаимодействие с галогенами (при нагревании)

    2Р + 5CI2 = 2PCI5 (при избытке галогена)

    2Р + 3CI2 = 2PCI3 (при избытке фосфора)

3) Взаимодействие с серой

    2P + 5S = P2S5

    2P + 3S = P2S3

С водородом фосфор непосредственно не реагирует. Газообразный фосфин РН3 получают косвенным путем, например:

     Ca3P2 + 6H2O = 3Ca(OH)2 + 2PH3

     Фосфин – фосфористый водород, ядовитый газ с чесночным запахом,       легко воспламеняется на воздухе. Поэтому огни на болотах и свежих могилах – это не выдумка. В теплые темные ночи на свежих могилах наблюдаются бледно – голубоватые огоньки – «горит» фосфин. Это является причиной редкого природного явления – «блуждающих огней», породивших суеверные рассказы о душах умерших, вышедших из могил.

      2РН3 + 4О2 = Р2О5 + 3Н2О

   Это вещество образуется при гниении отмерших растительных и животных организмов. Подобные огни наблюдал немецкий астроном Ф.В.Бессель, изучал киевский профессор Кнорре, австрийский исследователь Лист.

    После открытия способности фосфора светиться его стали использовать в церковных культах. Фосфор добавляли в расплавленный,  но уже слегка загустевший воск, формовали карандаши и делали ими надписи на стенах храмов. Фосфор, медленно окисляясь, светился в темноте. Фосфор также растворяли в сероуглероде СS2 и полученным раствором смачивали фитили свечей, после испарения растворителя белый фосфор воспламенялся, а от него загорался фитиль, и происходило чудо – «самовоспламенение свечей».

6. Получение

Белый фосфор получают восстановлением фосфата кальция с углем в присутствии SiO2:

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

7. Применение

1. Белый фосфор используют при производстве термической фосфорной кислоты
2. Красный фосфор – как фосфорное удобрение длительного действия
3. Красный фосфор для изготовления полупроводниковых материалов
4. Красный фосфор применяют в производстве спичек

Соединения фосфора.

Оксид фосфора (V)

1.Р2О5

2. Mr(P2O5) = 142

3. M (P2O5) = 142г/моль

4. Физические свойства.

  Р2О5 – белый порошок, очень гигроскопичен, растворим в воде.

5. Химические свойства

а) Взаимодействие с водой

     Р2О5 + 3Н2О = 2Н3РО4

б) Взаимодействие с основными оксидами

    Р2О5 + 3СаО = Са3(РО4)2

в) Взаимодействие с основаниями

     Р2О5 + 6NaOH = 2Na3PO4 + 3H2O

6. Получение

    Р2О5  - получают сжиганием красного фосфора

7. Применение

   Р2О5 – применяют как осушающее или водопоглощающее средство.

    Многие органические вещества обугливаются при воздействии Р2О5 . При попадании на кожу может вызвать сильные ожоги.

Ортофосфорная кислота.

1. Н3РО4

2. Mr(H3PO4) = 98

3. М (Н3РО4) = 98г/моль

4. Физические свойства

    Н3РО4 – нелетучее, твердое, бесцветное кристаллическое вещество, растворима в воде. При комнатной температуре 100% - ная фосфорная кислота может существовать как льдоподобное вещество (так называемая ледяная фосфорная кислота).

5. Химические свойства

а) Действие на индикаторы

б) Диссоциация

    Н3РО4 ==== Н+ + Н2РО-4

    Н2РО-4 ==== Н+ + НРО-24

    НРО-24 ==== Н+  + РО-34

в) Взаимодействие с основными оксидами

    2Н3РО4 + 3Na2O = 2Na3PO4 + 3H2O

г) Взаимодействие с основаниями

    Н3РО4 + 3КОН = К3РО4 + 3Н2О

д) Взаимодействие с солями

    2Н3РО4 + 3СaCI2 = Ca3(PO4)2 + 6HCI

e) Качественная реакция на фосфат ион.

    Реактивом на РО-34 являются ионы серебра Ag+

       К3РО4 + 3AgNO3 = Ag3PO4 + 3KNO3

                                        (желтый осадок)

Соли ортофосфорной кислоты

     Дигидрофосфаты                    Гидрофосфаты                    Фосфаты

      КН2РО4         К2НРО4        К3РО4

Соединения фосфора – обязательная составляющая растительных и животных организмов. В растениях фосфор накапливается в семенах и плодах; в организме человека и животных  - в скелете, мышечной и нервной тканях.

Биологическое значение фосфора

1. Обеспечение нормального роста костной и зубной тканей, а также последующее поддержание их целостности в течение всей жизни человека.
2. Обеспечение постоянного состава нуклеиновых кислот (ДНК, РНК, молекул хранящие и передающие наследственную информацию, отвечающие за нормальное деление и рост клеток)

 3.  В составе ферментов Р принимает участие в жировом обмене, синтезе и распаде гликогена и крахмала

4.  В составе фосфорной кислоты учувствует в мышлении, движении, дыхании , нормализует белковый и углеводный обмен

5. Обеспечивает энергией все процессы жизнедеятельности в составе АТФ

6. Вместе с белками и жирными кислотами фосфор образует высокоактивные соединения – например, лецитин, необходимый для формирования клеточных и мозговых оболочек. Известно, что лецитин в огромных количествах расходуется организмом при нагрузках, не только физических, но и психоэмоциональных, поэтому без достаточного количества фосфора, необходимого для его синтеза, наши клетки останутся незащищёнными.

    7. Соединения фосфора участвуют в поддержании кислотно-щелочного равновесия в организме, так как входят в состав крови и других жидкостей; благодаря фосфору, могут образовываться активные формы витаминов, так как он запускает необходимые для этого ферментные реакции.

8. В соединении с азотом, жирными кислотами и глицерином образует фосфолипиды, которые участвуют во всех физиологических процессах в организме.
9.  Подкисляет мочу и снижает вероятность образования камней в почках.

Нахождение фосфора у человека

У взрослого человека около 86% фосфора находится в минеральной части костей и зубов. Оставшийся фосфор распределяется в мышцах, органах, жидкостях, скелетной ткани, но особенно много её в тканях нервных клеток и мозга. В среднем тело человека содержит около 1,5 кг фосфора, из которых 1,4 кг приходится на кости, 130г содержится в мышцах и 12г – в нервной ткани

Суточная потребность в фосфоре

Суточной нормой фосфора для взрослого человека считают 1600 мг, потребность у беременных - 3000 мг, а у кормящих матерей 3800 мг в сутки (у детей она выше, чем у взрослых).

Дневная норма фосфора для взрослого человека содержится в 130,0 г сыра, 12 яичных желтках, в 6 столовых ложках тыквенных семечек, 500,0 г мяса или рыбы, 400,0 г овсяных хлопьев. Принятый с пищей фосфор попадает в кости уже через 4 -6 ч.

Продукты, содержащие фосфор

1. Бобовые (горох, фасоль)
2. Кукуруза;
3. Дрожжи;
4. Сыр;
5. Отруби;
6. Молоко (цельное и сгущенное)
7. Молочные продукты;
8. Желток яйца;
9. Рыба;
10. Сухофрукты;
11. Чеснок;
12. Орехи;
13. Семечки тыквы;
14. Семечки подсолнечника;
15. Мясо;
16. Домашняя птица.

Как обеспечить правильное усвоение фосфора в организме?

Фосфор правильно работает в присутствии кальция и витамина D, но кальция при этом должно быть вдвое больше, чем фосфора. Важно не только абсолютное количество фосфора, но и соотношение его с кальцием (в оптимальном варианте кальция должно быть в полтора-два раза больше). При избытке фосфора может происходить выведение кальция из костей, при избытке кальция — развиваться мочекаменная болезнь.

Без фосфора не усваивается ниацин – витамин В3, необходимый для работы сердца и почек, обменных процессов, дыхания клеток и обеспечения их энергией, передачи нервных импульсов.

Потребность в фосфоре повышается при физических нагрузках и недостатке белка, чрезмерном употреблении сахара, приёме некоторых гормональных препаратов. Усвоению этого элемента способствуют витамины А, D и F, калий, а также железо, магний и кальций в сбалансированных количествах.  

Недостаток фосфора

Даже при достаточном поступлении фосфора с продуктами питания может возникнуть дефицит этого элемента в организме. Это может быть вызвано нарушениями обмена веществ; избытком в организме соединений магния, алюминия, кальция; потреблением большого количества газированных напитков, типа Колы или Фанты; продолжительными или хроническими заболеваниями, в том числе почек и щитовидной железы; отравлениями, в том числе наркотическими и алкогольными. У маленьких детей недостаток фосфора может возникнуть при искусственном вскармливании – это чревато развитием рахита. человек ощущает слабость и общее недомогание. При дисбалансе фосфора также могут проявляться всплески интеллектуальной активности, на смену которым приходит нервное истощение. Такие люди могут активно реагировать на окружающее, а затем впадать в апатию и депрессию. Кроме слабости и утомляемости, недостаток фосфора может выражаться снижением внимания и аппетита, болями в мышцах и костях, частыми инфекциями и простудами, нарушениями работы печени, серьёзными сбоями в обмене веществ, кровоизлияниями, патологическими изменениями в сердце, остеопорозом и резким снижением иммунитета.

Избыток фосфора

При избытке фосфора может возникнуть почечно-каменная болезнь, поражается печень и кишечник, развивается анемия и лейкопения – уменьшается содержание лейкоцитов; появляются кровоизлияния, возникают кровотечения, костная ткань теряет кальций, а фосфаты, наоборот, откладываются в костях. Потеря кальция приводит к быстрому развитию остеоопороза.

При отравлении фосфором нарушается работа всей пищеварительной системы, печени, почек, сердца, появляются геморрагии – мелкие кровоизлияния, в том числе и на сетчатке глаз.

  Круговорот фосфора в природе

 Растения извлекают фосфор из почвы, а животные получают его с растительной пищей. После отмирания растений и животных органические соединения, не усвоенные растениями, под действием фосфоробактерий превращаются в неорганические – фосфаты. Так осуществляется круговорот фосфора в природе. Этот круговорот нарушается при удалении соединений фосфора с урожаем сельскохозяйственных культур. Недостаток в почве фосфора практически не восполняется естественным путем. Поэтому необходимо вносить фосфорные удобрения.

III. Применение знаний, умений, навыков.

Игра на интерактивной доске

 а) Выполнение лабораторной работы №9.

  Качественная реакция на фосфат - ион РО-34

 б) Выполнение упражнений 1, 2,5.

IV. Д/З s 29,упр. 3,4.

Заполните таблицу:

  Сравнительная характеристика аллотропных модификаций фосфора.