Соединение фосфора с водородом уравнение

Фосфин: получение и химические свойства

Фосфин

Строение молекулы и физические свойства

Фосфин PH₃ – это бинарное соединение водорода с фосфором, относится к летучим водородным соединениям. Следовательно, фосфин газ, с неприятным запахом, бесцветный, мало растворимый в воде, химически нестойкий и ядовитый. Водородные связи между молекулами фосфина не образуются. В твердом состоянии имеет молекулярную кристаллическую решетку.

Геометрическая форма молекулы фосфина похожа на структуру аммиака — правильная треугольная пирамида. Но валентный угол H-P-H меньше, чем угол H-N-H в аммиаке и составляет 93,5 о .

У атома фосфора в фосфине на внешнем энергетическом уровне остается неподеленная электронная пара. Эта электронная пара оказывает значительное влияние на свойства фосфина, а также на его структуру. Электронная структура фосфина — тетраэдр , с атомом фосфора в центре.

Способы получения фосфина

В лаборатории фосфин получают водным или кислотным гидролизом фосфидов – бинарных соединений фосфора и металлов.

Например , фосфин образуется при водном гидролизе фосфида кальция:

Или при кислотном гидролизе, например , фосфида магния в соляной кислоте:

Еще один лабораторный способ получения фосфина – диспропорционирование фосфора в щелочах.

Например , фосфор реагирует с гидроксидом калия с образованием гипофосфита калия и фосфина:

Химические свойства фосфина

1. В водном растворе фосфин проявляет очень слабые основные свойства (за счет неподеленной электронной пары). Принимая протон (ион H + ), он превращается в ион фосфония. Основные свойства фосфина гораздо слабее основных свойств аммиака. Проявляются при взаимодействии с безводными кислотами .

Например , фосфин реагирует с йодоводородной кислотой:

Соли фосфония неустойчивые, легко гидролизуются.

2. Фосфин PH₃ – сильный восстановитель за счет фосфора в степени окисления -3. На воздухе самопроизвольно самовоспламеняется:

3. Как сильный восстановитель, фосфин легко окисляется под действием окислителей.

Например , азотная кислота окисляет фосфин. При этом фосфор переходит в степень окисления +5 и образует фосфорную кислоту.

Серная кислота также окисляет фосфин:

С фосфином также реагируют другие соединения фосфора, с более высокими степенями окисления фосфора.

Например , хлорид фосфора (III) окисляет фосфин:

2PH₃ + 2PCl₃ → 4P + 6HCl

Получение водородных соединений фосфора (фосфинов) и их свойства

Задача 916.
Какие соединения образует фосфор с водородом? Указать способы их получения. Сравнить их свойства со свойствами аналогичных соединений азота.
Решение:
Фосфор образует с водородом несколько соединений. Важнейшими из них являются монофосфин РН₃ и дифосфин Р₂Н₄.
Простейший способ получения монофосфина — гидролиз солеобразных фосфидов металлов или их взаимодействие с кислотами:

Монофосфин можно получить также при нагревании белого фосфора с концентрированным раствором сильного основания:

Во всех этих реакциях в качестве побочного продукта в небольших количествах образуется также и дифосфин. В продуктах разложения дифосфина наряду с фосфором и монофосфином содержатся твердые аморфные соединения фосфора с водородом, имеющие составы: Р₂Н, Р₅Н₂, Р₉Н₂ и др.

Электрический дипольный момент молекулы РН₃ очень мал, поэтому монофосфин растворяется в воде намного хуже, чем аммиак. В отличие от аммиака монофосфин взаимодействует с водой очень слабо. В его водном растворе устанавливаются равновесия:

Однако константы равновесия для обоих процессов очень малы и почти равны между собой, поэтому водные растворы монофосфина не проявляют ни кислотного, ни основного характера.

Дифосфин не растворяется в воде и не взаимодействует с ней.

Катион фосфония РН₄ + малоустойчив. Он образуется, например, при смешении газообразных РН₃ и HI:

Образующаяся в результате этой реакции соль — иодид фосфония — существует при низких температурах в виде бесцветных кристаллов. Соли фосфония разлагаются водой и растворами сильных оснований с выделением РН₃:

Монофосфин, соли фосфония и дифосфин — сильные восстановители. Дифосфин самовоспламеняется на воздухе и горит с образованием оксида фосфора(V):

То же самое происходит с монофосфином, если он содержит примеси Р₂Н₄.

Очищенный РН₃ загорается на воздухе при нагревании до температур выше 100 °С, при его горении также образуется оксид фосфора(V):

Задача 917.
Закончить уравнения реакций:
а) P + Cl₂ → ;
б) P + HNO₃(конц) → ;
в) P + Mg → ;
г) PH₃ + KMnO₄ + H₂SO₄ → ;
д) Mg₃P₂ + HCl →.
Решение:
а) 4P + 6Cl₂ ↔ 4PCl₃;

Задача 918.
Охарактеризовать отношение оксида фосфора (III) к воде: а) на холоде; б) при нагревании.
Решение:
а) на холоде. Медленно реагирует с холодной водой с образованием смеси фосфористой и пирофосфористой кислот:

б) при нагревании. Быстро реагирует с горячей водой с выпадением в осадок фосфора, выделением газообразного фосфина и образованием ортофосфорной кислоты:

Соединения фосфора с водородом

Соединения фосфора с водородом и галогенами

С водо родом фосфор образует три соединения: РН₃ — газообразный фосфористый водород, Р₂Н₄ — жидкий фосфористый водород и Р₁₂Н₆ — твердый фосфористый водород.

Газообразный фосфористый водород, или фосфин, РН₃ можно получить кипячением белого фосфора с раствором КОН или, проще, действием соляной кислоты на фосфид кальция Са₃Р₂:

Газообразный фосфористый водород — бесцветный газ с чесночным запахом, очень ядовитый. Одновременно с газообразным фосфористым водородом при реакции иногда образуется немного жидкого фосфористого водорода, пары которого сами собой воспламеняются на воздухе. Присутствием Р₂Н₄ объясняются вспышки газообразного фосфористого водорода, происходящие иногда при получении РН₃.

При горении фосфористого водорода образуется фосфорный ангидрид и вода:

Подобно аммиаку, фосфористый водород соединяется с гало-геноводородными кислотами (но не с кислородными), образуя соли, в которых роль металла играет группа РН₄, называемая фосфонием, напримерхлористый фосфоний РН₄Сl. Соли фосфония — очень непрочные соединения; при соприкосновении с водой они разлагаются на галогеноводород и РН₃.