"Химия", Журин А.А.
Фосфор образует фосфин, оксиды, ортофосфорную кислоту и фосфаты. Оксиды фосфора(III) и фосфора(V) различаются степенью окисления элемента и свойствами. При взаимодействии оксида фосфора(V) с водой получается трёхосновная ортофосфорная кислота, а её соли — фосфаты — широко применяют как фосфорные удобрения. Знание формул и свойств этих веществ помогает составлять уравнения реакций.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Фосфин — соединение фосфора с водородом состава PH3. Это бесцветный ядовитый газ, плохо растворимый в воде и гораздо менее основный, чем аммиак NH3. Формула нужна для определения состава вещества и расчёта его реакций.
Оксиды фосфора(III) и фосфора(V) имеют формулы P2O3 и P2O5. Степени окисления фосфора в них равны соответственно +3 и +5, что отражено в названиях. Сравнение этих формул помогает связать индекс в названии со степенью окисления элемента.
Ортофосфорная кислота — кислородсодержащая кислота состава H3PO4. Она является трёхосновной, потому что может отщеплять три иона водорода H+. Это объясняет образование трёх типов её солей.
Фосфаты — соли ортофосфорной кислоты, содержащие фосфат-ион PO43−. К ним относятся Ca3(PO4)2, Na3PO4 и Ca(H2PO4)2. Многие фосфаты используют как удобрения, поскольку растения нуждаются в фосфоре.
Фосфор соединяется с кислородом в разных соотношениях, потому что способен отдавать разное число электронов и проявлять степени окисления +3 и +5. При недостатке кислорода обычно образуется оксид фосфора(III): 4P + 3O2 → 2P2O3. При избытке кислорода происходит более полное окисление и получается P2O5: 4P + 5O2 → 2P2O5. Поэтому условие реакции помогает определить продукт.
Оксиды фосфора взаимодействуют с водой, потому что кислород в их составе связан с фосфором и может входить в состав кислоты. Оксид фосфора(III) образует фосфористую кислоту: P2O3 + 3H2O → 2H3PO3. Оксид фосфора(V) образует ортофосфорную кислоту: P2O5 + 3H2O → 2H3PO4. P2O5 называют кислотным оксидом, потому что он реагирует с водой с образованием кислоты.
В молекуле H3PO4 атом фосфора связан с четырьмя атомами кислорода, а три группы O–H могут отдавать водород в виде H+. Диссоциация идёт ступенчато: H3PO4 ⇄ H+ + H2PO4−, затем образуются HPO42− и PO43−. Поэтому кислота трёхосновная и образует три ряда солей. Это также объясняет наличие кислых и средних фосфатов.
Фосфаты получают нейтрализацией кислоты основаниями: 2H3PO4 + 3Ca(OH)2 → Ca3(PO4)2 + 6H2O. Реакция обмена возможна, если образуется осадок, газ или слабый электролит, например вода. При составлении формулы нужно уравнять заряды катиона и PO43−, а затем расставить коэффициенты.
Фосфор нужен растениям для развития корневой системы, образования семян и переноса энергии в клетках. Поэтому применяют суперфосфат Ca(H2PO4)2, фосфоритную муку и другие фосфорные удобрения. Растворимые фосфаты быстрее усваиваются растениями, а малорастворимые действуют медленнее и часто требуют кислой почвы или промышленной переработки.
| Соединение и формула | Способ получения | Основные свойства | Применение или значение |
|---|---|---|---|
| Фосфин PH3 | Взаимодействие фосфидов с водой или кислотами | Бесцветный ядовитый газ, плохо растворим в воде, слабее аммиака проявляет основные свойства | Получение специальных веществ; токсичен, поэтому требует осторожности |
| Оксид фосфора(III) P2O3 | Горение фосфора при недостатке кислорода | Оксид фосфора со степенью окисления +3, с водой образует H3PO3 | Промежуточное соединение в химических превращениях |
| Оксид фосфора(V) P2O5 | Горение фосфора при избытке кислорода | Белое твёрдое вещество, кислотный оксид, активно поглощает воду | Получение H3PO4, осушение веществ |
| Ортофосфорная кислота H3PO4 | Взаимодействие P2O5 с водой | Трёхосновная кислота, образует кислые и средние соли | Получение фосфатов, производство удобрений |
| Фосфаты, например Ca3(PO4)2, Na3PO4, Ca(H2PO4)2 | Нейтрализация и реакции обмена | Соли с фосфат-ионами; растворимость зависит от катиона и состава соли | Фосфорные удобрения, сырьё для промышленности |
Сначала по таблице удобно определить состав и способ получения вещества, затем — проверить его тип и свойства. Для решения задач особенно полезны формулы оксидов, кислоты и фосфат-иона. Растворимость соли следует уточнять по таблице растворимости, а не определять наугад.
Условие: запишите уравнения горения фосфора при недостатке и избытке кислорода и назовите продукты. Нужно связать условие реакции с возможной степенью окисления фосфора.
Ответ: при недостатке кислорода образуется оксид фосфора(III), а при избытке — оксид фосфора(V).
Условие: из 14,2 г P2O5 получить кислоту при полном взаимодействии с водой. Сначала находим количество вещества оксида, затем используем соотношение из уравнения реакции.
Ответ: можно получить 19,6 г H3PO4.
Условие: осуществите превращение P → P2O5 → H3PO4 → Ca3(PO4)2. На каждом переходе нужно выбрать тип реакции и вещество, которое добавляется.
Ответ: цепочка включает соединение, взаимодействие кислотного оксида с водой и реакцию обмена с образованием фосфата.
Путают формулы P2O3 и P2O5. Ошибка появляется, если индекс в названии не связывают со степенью окисления. Проверьте расчётом: в первом оксиде фосфор имеет +3, во втором +5.
Записывают неправильную кислоту при реакции P2O5 с водой. Нужно учитывать, что состав продукта определяется полной схемой: P2O5 + 3H2O → 2H3PO4. Проверка состоит в подсчёте атомов каждого элемента слева и справа.
Неверно составляют формулы фосфатов. Фосфат-ион имеет заряд −3, поэтому индексы выбирают по уравниванию зарядов, например Ca3(PO4)2. После составления формулы проверьте, равна ли сумма зарядов нулю.
Считают все фосфаты растворимыми. Большинство фосфатов малорастворимы, а растворимость зависит от катиона. Исправить ошибку помогает таблица растворимости, которую нужно использовать перед записью реакции обмена.
Для понимания темы нужны знания о степенях окисления, составлении формул бинарных соединений и расстановке коэффициентов. Эти навыки позволяют отличить P2O3 от P2O5 и правильно уравнять реакции.
Также необходимо различать кислотные оксиды, кислоты и соли. Таблица растворимости помогает определить, образуется ли осадок фосфата в реакции обмена.
Тема связана с минеральными удобрениями, качественными реакциями на фосфат-ионы и круговоротом фосфора в природе. Эти знания объясняют значение фосфатов для почвы и растений.
Почему фосфор образует два основных оксида?
Фосфор способен проявлять несколько степеней окисления, в том числе +3 и +5. Поэтому при разном количестве кислорода образуются P₂O₃ или P₂O₅.
Чем оксид фосфора(V) отличается от оксида фосфора(III)?
В P₂O₃ фосфор имеет степень окисления +3, а в P₂O₅ — +5. Оксид фосфора(V) является кислотным оксидом и с водой образует H₃PO₄; P₂O₃ с водой образует H₃PO₃.
Почему H3PO4 называют трёхосновной кислотой?
В молекуле H₃PO₄ содержатся три атома водорода, каждый из которых может замещаться атомом металла. Поэтому кислота образует три ряда солей: дигидрофосфаты, гидрофосфаты и средние фосфаты.
Как правильно составить формулу фосфата по зарядам ионов?
Сначала записывают катион металла и фосфат-ион PO₄³⁻, затем уравнивают суммарные заряды. Например, для Ca²⁺ нужны три иона кальция и два фосфат-иона: Ca₃(PO₄)₂.
Почему фосфаты используют в производстве удобрений?
Фосфор входит в состав веществ, необходимых растениям для роста, развития корней и образования семян. Фосфатные удобрения восполняют недостаток доступного фосфора в почве.
26. Важнейшие соединения фосфора
