Фосфор и его соединения.
план-конспект урока по химии (9 класс) по теме

Фосфор и его соединения.

Цель урока: Показать строение х.э. фосфора, простого вещества фосфора, его физические и химические свойства, а так же строение и свойства его соединений.

План урока:1. Опрос по теме:  " Азотная кислота и нитраты".

                     2. Проверочная работа по теме: "Азотная кислота и соли азотной кислоты".

                     3. Новая тема: " Фосфор и его соединения".

3. Новая тема: " Фосфор и его соединения".

1. Общая характеристика.

                                Р-Фосфор ( Phosphorus-Cветоносец)

неметалл,

Ar=31

V группа, главная подгруппа

3 период, 3 ряд

степени окисления -3.0,+1,+3,+5.

оксиды   +3Р2О3  и   +5Р2О5   - оба оксида кислотные

                      +3                                                                                      +5

кислоты   H 3PO3 -фосфористая кислота     и   H3PO4 -фосфорная кислота

летучее водородное соединение   РН3-газ фосфин ( связь ковалентная почти неполярная)

2. Строение атома.

Z=+15

+1p=15

  0n=16

  e = 15

 +15)2)8)5

1S22S22P63S23P33d0

В атоме фосфора возможен переход электронов на вакантный d-подуровень, поэтому фосфор легко проявляет степени окисления +3 и +5.

3. Строение молекулы.

Фосфор образует несколько аллотропных модификаций. Наиболее известные -белый фосфор. красный фосфор и чёрный фосфор.

а) Белый фосфор.

Белый фосфор имеет молекулярную кристаллическую решетку, в узлах которой находятся молекулы Р4. В молекуле P4 связи P-Р довольно легко разрываются. Этим объясняется высокая химическая активность белого фосфора.

 б) Красный фосфор.

Существует несколько форм красного фосфора. Их структуры окончательно не установлены. Они являются полимерными веществами, состоящими из пирамидально связанных атомов.

в) Чёрный фосфор

Черный фосфор имеет атомно-слоистую решетку с характерным для фосфора пирамидальным расположением связей. По внешнему виду он похож на графит (плотность 2,7 г/см3), но является полупроводником.

4. Нахождение в природе.

Содержание фосфора в земной коре составляет 9,3·10-2 (по массе). В природе фосфор встречается только в виде соединений. Основными минералами фосфора являются фосфорит Ca3(PO4)2 и аппатит 3Ca3(PO4)2·CaF2. Кроме того, фосфор входит в состав белковых веществ, а также костей и зубов.

5. Получение.

Фосфор получают в электрических печах по реакции:

Ca3(PO4)2 + 5C+ 3SiO2 = 2P+ 3CaSiO3 + 5CO, (t=1500 °C).

При быстрой конденсации паров под водой образуется белый фосфор. Красный фосфор образуется из белого при длительном нагревании его без доступа воздуха:

P (бел.) ? P (красн.), (t = 280-340 °C)

Черный фосфор получают из белого нагреванием при 200 °C и давлении 1,2·106 кПа или в присутствии Hg (катализатора) при обычном давлении.

6. Физические свойства.

Белый фосфор - мягкое бесцветное воскообразное вещество. Он легкоплавок (температура плавления 44,1 °C, температура кипения 275 °C), летуч, растворяется в сероуглероде и в ряде органических растворителей, светится в темноте(в результате медленного окисления - хемилюминесценция).

                                        Он чрезвычайно ядовит.

Красный фосфор -в зависимости от способов получения обладает различными свойствами. Например, его плотность изменяется в интервале 2-2,4 г/см3, температура плавления 585-600 °C, цвет от темно-коричневого до красного и фиолетового. Красный фосфор практически не растворяется ни в одном растворителе, в темноте не светится.

                                                     Не ядовит.

7. Химические свойства.

Свойства восстановителя.

а) Белый фосфор самый активный из всех модификаций. Например, белый фосфор горит при темп.400С, а красный- 2000С

При избытке кислорода фосфор окисляется до оксида фосфора (V), а при недостатке- до оксида фосфора (III):

4P + 5O2 = 2P2O5

                                                               4P + 3O2 = 2P2O3.

б)P + 2Cl2 = PCl4,

в)2P + 3S = P2S3, (в сероуглероде),

г)P (красн.) + 5HNO3 (конц.) = H3PO4 + 5NO2 + H2O

Свойства окислителя.

д) 2P (красн.) + 3Ca = +2Ca3P2,-3     при    t=400 °C.

                                         фосфид кальция

е)   2P + 3H2 = 2PH3, (t=300-360 °C),

                              фосфин

РН3- ядовитый газ с неприятным запахом. Легко воспламеняется на воздухе. Это свойство фосфина и объясняет появление болотных блуждающих огней.( Его можно получить и из фосфидов металлов  Ca3P2 + 6HCl = 3 CaCl2 + 2PH3 )

8.Применение.

Белый фосфор применяют для получения других его аллотропных модификаций, фосфорных кислот, фосфатов, как боевое зажигательное вещество, для изготовления  ядохимикатов и медикаментов.

Красный фосфор применяют для изготовления спичек и как наполнитель (пары) в лампах накаливания для производства удобрений и кормовых добавок для животных.

9. История открытия.

В поисках "философского камня" немецкий алхимик  Х. Бранд занимался перегонкой сухого остатка от выпаривания мочи. В приемнике оказалось вещество, испускавшее голубоватый свет. Так в 1669 году был открыт белый фосфор.

ОКСИДЫ ФОСФОРА

1.P2O5 - оксид фосфора (V) (фосфорный ангидрид), в парообразном состоянии имеет состав P4O10. Он представляет собой белый порошок, температура плавления 422 °C, температура кипения 591 °C. Оксид фосфора (V) гигроскопичен .

Получают его сжиганием фосфора в избытке сухого воздуха.

4P + 5O2(изб.) = 2P2O5

Это кислотный оксид ( вспомни свойства кислотных оксидов) .При соединении с водой образует две кислоты:

P2O5+H2O =2 HPO3  

                     метафосфорная кислота

P2O5+3H2O = 2H3 PO4  

                     ортофосфорная кислота

Применяют оксид фосфора (V) для осушки газов и жидкостей, не реагирующих с ним, для получения фосфорных кислот, оксид фосфора является компонентом фосфатных стекол.

2.P2O3 (P4O6) - оксид фосфора (III) (фосфористый ангидрид), температура плавления 23,9 °C, температура кипения 175,4 °C, плотность 2,135 г/см3.

Получают его окислением фосфора кислородом воздуха:

                                                                  4 P + 3O2 (нед.) =2 P2O6.

Это кислотный оксид:

           P2O3 + 3H2O = 2H3PO3.

ОРТОФОСФОРНАЯ КИСЛОТА

H3РO4 - трехосновная минеральная кислота.

1.Получение:

В лаборатории ортофосфорную кислоту получают окислением фосфора:

3P + 5HNO3 + 2H2O = 3H3PO4 + 5NO,

в промышленности из природных фосфатов:

Сa3(PO4)2 + 3H2SO4 = 3CaSO4 + 2H3PO4.

2.Физические свойства:

Безводная ортофосфорная кислота - это бесцветное кристаллическое вещество, плавящееся при t = 42,35 °C, хорошо растворима в воде.

3.Химические свойства:

Свойства,общие с другими кислотами        Специфические свойства

1. Изменяет окраску индикатора

H3PO4 H+ +H 2PO4-

H2PO4- H+ +HPO42-

HPO42- H+ +PO43-

2.Реагирует с металлами, стоящими  в ряду напряжений до водорода.

 6Na+2H3PO4 2Na3PO4 +3H2

3.Реагирует с основными оксидами

3CaO +2H3PO4 Ca3 (PO4 )2 +3H2O

4.Реагирует с основания и аммиаком. Причём, если кислота взята в избытке, то получаются кислые соли.

NaOH +   H3PO4 NaH2PO4 +H2O

2NaOH + H3PO4 Na 2HPO4 +2H2O

3NaOH + H3PO4 Na 3PO4 + 3H2O

   3NH3 + H3PO4 (NH4)3PO4

5.Реагирует с сухими солями более слабых кислот.

3Na2CO3 + 2H3PO4   2Na 3PO4 + 3H2CO3

                                                                  / \

                                                          CO2   H2O

6. Реагирует с растворами солей, при условии образования нерастворимой соли.

Качественная реакция на ионн PO43-

H3PO4 + 3AgNO3  Ag3PO4  +3HNO3

                                                жёлтый осадок

PO43-  + 3Ag+   Ag3PO4  

                                                жёлтый осадок

        7. При нагревании постепенно превращается в метафосфорную кислоту

                t

2H3PO4   H4P2O7  +H2O

                   двухфосфорная кислота

H4P2O7  2HPO3 + H2O

4.Применение.

H3PO4 используют для получения фосфорных удобрений, для создания защитных покрытий на металлах, в фармацевтической промышленности, в органическом синтезе.

Ортофосфорная кислота играет большую роль в жизнедеятельности животных и растений.

Её остатки входят в состав аденозинтрифосфорной кислоты - АТФ, при разложении

которой выделяется большое количество энергии. Остатки ортофосфорной кислоты входят так же в состав рибонуклеиновых (РНК) и дезоксирибонуклеиновых кислот(ДНК).