Уравнения реакций характеризующие свойства оксида фосфора

Оксид фосфора (V): получение и свойства

Оксид фосфора (V) – это кислотный оксид. В нормальных условиях образует белые кристаллы. В парах состоит из молекул P₄О₁₀. Очень гигроскопичен (используется как осушитель газов и жидкостей).

Способы получения. Оксид фосфора (V) получают сжиганием фосфора в избытке кислорода.

Химические свойства

1. Оксид фосфора (V) – очень гигроскопичное вещество, которое используется для осушения газов. Обладая высоким сродством к воде, оксид фосфора (V) дегидратирует до ангидридов неорганические и органические кислоты.

Например , оксид фосфора (V) дегидратирует серную, азотную и уксусную кислоты:

2. Фосфорный ангидрид является типичным кислотным оксидом , взаимодействует с водой с образованием фосфорных кислот:

В зависимости от количества воды и от других условий образуются мета-фосфорная, орто-фосфорная или пиро-фосфорная кислота:

Видеоопыт взаимодействия оксида фосфора с водой можно посмотреть здесь.

3. Как кислотный оксид, оксид фосфора (V) взаимодействует с основными оксидами и основаниями .

Например , оксид фосфора (V) взаимодействует с гидроксидом натрия. При этом образуются средние или кислые соли:

Еще пример : оксид фосфора взаимодействует с оксидом бария (при сплавлении):

Урок №37. Оксид фосфора (V). Фосфорная кислота и её соли. Фосфорные удобрения

Оксид фосфора (V) – фосфорный ангидрид

Физические свойства:

Оксид фосфора (V) Р 2 О 5 — белый гигроскопичный порошок (поглощает воду), следует хранить в плотно закрытых сосудах.

Получение:

Получается при горении фосфора в избытке воздуха или кислорода

4P + 5O 2 = t, °C = 2P 2 O 5

Применение:

Оксид фосфора (V) очень энергично соединяется с водой, а также отнимает воду от других соединений. Применяется как осушитель газов и жидкостей.

Химические свойства:

Оксид фосфора (V) – это кислотный оксид, взаимодействует, подобно другим кислотным оксидам с водой, основными оксидами и основаниями.

Фосфорный ангидрид особым образом взаимодействует с водой, взаимодействуя с водой при обычных условиях (без нагревания) , образует в первую очередь метафосфорную кислоту НРО 3 :

P 2 O 5 + H 2 O = холод = HPO 3

при нагревании образуется ортофосфорная кислота H 3 PO 4 :

P 2 O 5 + 3H 2 O = t, °C = 2H 3 PO 4

При нагревании H 3 PO 4 можно получить пирофосфорную кислоту H 4 P 2 O 7 :

2H 3 PO 4 = t, °C = H 2 O + H 4 P 2 O 7

Ортофосфорная кислота

Наибольшее практическое значение имеет ортофосфорная кислота Н 3 РO 4 .

Строение молекулы:

В молекуле фосфорной кислоты атомы водорода соединены с атомами кислорода:

Физические свойства:

Фосфорная кислота представляет собой бесцветное, гигроскопичное твердое вещество, хорошо растворимое в воде.

Получение:

1) Взаимодействие оксида фосфора (V) с водой при нагревании:

P 2 O 5 + 3H 2 O = t, °C = 2H 3 PO 4

2) Взаимодействие природной соли – ортофосфата кальция с серной кислотой при нагревании:

Сa 3 (PO 4 ) 2 + 3H 2 SO 4 = t, °C = 3CaSO 4 + 2H 3 PO 4

3) При взаимодействии фосфора с концентрированной азотной кислотой

3P + 5HNO 3 + 2H 2 O = 3H 3 PO 4 + 5NO

Химические свойства:

Свойства, общие с другими кислотами

1. Водный раствор кислоты изменяет окраску индикаторов на красный:

Ортофосфорная кислота диссоциирует ступенчато:

H 3 PO 4 ↔ H + + H 2 PO 4 — (дигидроортофосфат-ион)

H 2 PO 4 — ↔ H + + HPO 4 2- (гидроортофосфат-ион)

HPO 4 2- ↔ H + + PO 4 3- (ортофосфат-ион)

2. Взаимодействует с металлами в ряду активности до (Н 2 ):

металл+ H 3 PO 4 =соль+Н 2 ↑

3. Взаимодействует с основными оксидами:

оксид металла + H 3 PO 4 = соль + Н 2 О

основание + H 3 PO 4 = соль + Н 2 О

если кислота в избытке, то образуется кислая соль:

H 3 PO 4(изб) + NaOH = NaH 2 PO 4 + H 2 O или

H 3 PO 4(изб) + 2NaOH = Na 2 HPO 4 + 2H 2 O

5. Реагирует с аммиаком (по донорно-акцепторному механизму), если в избытке кислота, образуются кислые соли:

6. Реагирует с солями слабых кислот:

2H 3 PO 4 +3Na 2 CO 3 = 2Na 3 PO 4 + 3H 2 O + 3CO 2 ↑

Специфические свойства

1. При нагревании ортофосфорная кислота постепенно превращается в метафосфорную кислоту:

2H 3 PO 4 = t, °C =H 2 O + H 4 P 2 O 7

H 4 P 2 O 7 = t, °C = H 2 O + 2HPO 3

2. Качественная реакция на фосфат-ионы

Отличительной реакцией ортофосфорной кислоты от других фосфорных кислот является реакция с нитратом серебра — образуется жёлтый осадок :

Н 3 РО 4 + 3AgNO 3 = Ag 3 PO 4 ↓+ 3HNO 3

3. Играет большую роль в жизнедеятельности животных и растений.

Её остатки входят в состав АТФ. При разложении АТФ выделяется большое количество энергии, что очень важно для живых организмов.

Применение:

А также, используется при пайке, для очищения от ржавчины металлических поверхностей. Также применяется в составе фреонов, в промышленных морозильных установках как связующее вещество. Ортофосфорная кислота зарегистрирована в качестве пищевой добавки E338. Применяется как регулятор кислотности в газированных напитках.

Фосфорные удобрения

Фосфор – элемент важнейшего органического соединения для любого организма аденозинтрифосфорной кислоты – АТФ. Эта кислота служит аккумулятором энергии в живой клетке. Фосфор входит в состав нуклеиновых кислот – ДНК и РНК, а без них невозможно хранение и воспроизведение генетической информации, содержащейся в клетке. Фосфор принимает активное участие в восстановлении и и распаде углеводов, оказывая большое влияние на рост растения, его цветение и плодоношение.

Растения усваивают фосфор из почвы главным образом в виде фосфат – иона (РО 4 3- ). Как известно, фосфорная кислота образует три типа солей: орто-, гидро- и дигидрофосфаты. Для усвоения растением удобрение должно быть растворимо в воде, из средних фосфатов растворимы только соли щелочных металлов, гидрофосфаты растворимы лучше, зато дигидрофосфаты растворимы все без исключения.

Однако, и нерастворимая фосфоритная мука Са 3 (РО 4 ) 2 и труднорастворимый преципитат СаНРО 4 прекрасно усваиваются некоторыми культурами (люпин, горох, горчица, гречиха…). Дело в том, что корневые волоски этих растений выделяют органические кислоты, растворяющие неподатливые в воде соли.

Одно из первых фосфорных удобрений – это простой суперфосфат CaSO 4 . Ca(H 2 PO 4 ) 2 . Массовая доля оксида фосфора в нем не превышает 20% (это немного), кроме того, большую часть этого удобрения составляет балласт – сульфат кальция. Однако, пользоваться им будут еще долго, из-за легкости его получения:

В другом фосфорном удобрении – двойном суперфосфате Са(Н 2 РО 4 )∙Н 2 О — в отличие от простого нет балласта – неусваиваемого растениями гипса. Производство этого удобрения связано с применением фосфорной кислоты вместо серной, сырьем может служить как фосфорит (ортофосфат кальция), так и известняк (карбонат кальция):

Са 3 (РО 4 ) 2 + 4Н 3 РО 4 + 3Н 2 О = 3Са(Н 2 РО 4 ) 2 ∙Н 2 О

СаСО 3 + 2Н 3 РО 4 = Са(Н 2 РО 4 ) 2 ∙Н 2 О + СО 2

На основе фосфорной кислоты также можно получить еще одно фосфорное удобрение – преципитат СаНРО 4 , содержащий 27–42 % фосфорного ангидрида:

2Н 3 РО 4 + Са(ОН) 2 = Са(Н 2 РО 4 ) 2 + 2Н 2 О

Са(Н 2 РО 4 ) 2 + Са(ОН) 2 = 2СаНРО 4 + 2Н 2 О

А если заменить в этих удобрениях довольно безразличный для растений кальций на ион аммония? Нейтрализацией фосфорной кислоты газообразным аммиаком получают высокоэффективные удобрения — аммофосы:

ЗАДАНИЯ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ

№1. Составьте уравнения реакций оксида фосфора (V) с

3. H 2 O при нагревании

4. H 2 O без нагревания

Для 2 реакции запишите полное и краткое ионное уравнение.

№2. Составьте молекулярные и ионные уравнения реакций ортофосфорной кислоты с:

2. оксидом калия

3. гидроксидом калия

4. сульфитом калия

№3. Осуществите превращения по схеме:

№4. Вычислите (в %), какое из фосфорных удобрений: двойной суперфосфат или преципитат богаче фосфором?

Химические свойства оксида фосфора 5 и его применение

Оксид фосфора (V) — что это такое

Оксид фосфора (V) является кислотным оксидом. Представляет собой кристаллическое вещество белого цвета молекулярного строения.

В обычных условиях оксид фосфора (V) имеет вид белых кристаллов. В парах вещество состоит из молекул P 4 О 10 . Соединение обладает высокой степенью гигроскопичности.

Химическая формула оксида фосфора (V):

P 4 O 10 и P 2 O 5

Формулу вещества в химии записывают двумя способами. С целью упростить запись чаще используют второй вариант P 2 O 5 .

Структурные модификации оксида фосфора (V):

• кристаллическая;
• полимерная стекловидная.

В кристаллической модификации в узлах кристаллической решетки находятся молекулы P 2 O 5 , связанные попарно.

Характеристика модификаций оксида фосфора (V) с разным строением:

Химические и физические свойства

Список физических свойств оксида фосфора (V):

• соединение относят к типу неорганических веществ;
• имеет вид белых тригональных кристаллов;
• твердое агрегатное состояние при 20°C и атмосферном давлении 1 атм.;
• плотность каждой H-формы при условии, что вещество находится в твердом состоянии при комнатной температуре, равна 2 , 3 г / с м 3 ;
• плотность O`-формы при условии, что вещество находится в твердом состоянии при комнатной температуре, равна 3 г / с м 3 ;
• плотность O-формы при условии, что вещество находится в твердом состоянии при комнатной температуре, равна 2 , 72 г / с м 3 ;
• температура сублимации H-формы — 340 , 5 ° C ;
• температура кипения O`-формы — 605 , 5 ° C ;
• температура кипения O-формы — 605 , 5 ° C ;
• температура плавления H-формы — 420 , 5 ° C ( 0 , 48 М П а ) ;
• температура плавления O`-формы — 580 , 5 ° C ( 74 к П а ) ;
• температура плавления O-формы — 562 ° C ( 58 к П а ) ;
• молярная масса оксида фосфора (V) P 2 O 5 — 141 , 94 г / м о л ь ;
• молярная масса димера оксида фосфора (V) P 4 O 10 — 283 , 88 г / м о л ь .

Оксид фосфора (V) относят к группе кислотных оксидов неметаллов. К примеру, оксид кремния (IV) и оксид серы (VI) также являются кислотными оксидами.

Взаимодействие оксида фосфора (V) с белым фосфором можно описать с помощью уравнения:

3 P 4 O 10 + 2 P 4 → 5 P 4 O 6 ( t = 50 ° C )

Результатом реакции является образование оксида фосфора (III).

При соединении оксида фосфора (V) с натрием образуются соли метафосфат натрия N a P O 3 и фосфид натрия N a 3 P :

3 P 4 O 10 + 16 N a → 10 N a P O 3 + 2 N a 3 P ( t = 300 — 400 ° C )

Химическая реакция оксида фосфора (V) и лития приводит к образованию солей в виде метафосфата лития L i P O 3 и фосфида лития L i 3 P :

3 P 4 O 10 + 16 L i → 10 L i P O 3 + 2 L i 3 P ( t = 300 — 400 ° C )

При контакте оксида фосфора (V) со фтором образуются оксид-трифторид фосфора(V) и кислород:

P 4 O 10 + 6 F 2 → 4 P O F 3 + 3 O 2 ( t = 100 ° C )

Химическая реакция оксида фосфора (V) и воды протекает таким образом:

P 4 O 10 + 6 H 2 O → 4 H 3 P O 4 или P 2 O 5 + 3 H 2 O → 2 H 3 P O 4

P 4 O 10 + 2 H 2 O → 4 H P O 3 или P 2 O 5 + H 2 O → 2 H P O 3

В результате взаимодействия вещества с водой образуются кислоты. В первом примере продуктом реакции является ортофосфорная кислота H 3 P O 4 , а во втором — метафосфорная кислота H P O 3

Взаимодействие оксида фосфора (V) с оксидом кальция приводит к образованию солей:

C a O + P 2 O 5 → C a ( P O 3 ) 2

2 C a O + P 2 O 5 → C a 2 P 2 O 7

3 C a O + P 2 O 5 → C a 3 ( P O 4 ) 2 ( t ° )

В первом случае образуется метафосфат кальция C a ( P O 3 ) 2 . В результате второй химической реакции синтезируется пирофосфат кальция C a 2 P 2 O 7 , в результате третьей — фосфат кальция C a 3 ( P O 4 ) 2 .

Взаимодействие оксида фосфора (V) с оксидом натрия приводит к образованию соли в виде ортофосфата натрия:

3 N a 2 O + P 2 O 5 → 2 N a 3 P O 4

Реакция оксида фосфора (V) и оксида бора является процессом образования фосфата бора:

2 B 2 O 3 + P 4 O 10 → 4 B P O 4 ( t ° )

В процессе реакции оксида фосфора (V) и гидроксида натрия образуются соль ортофосфат натрия и вода:

P 4 O 10 + 12 N a O H → 4 N a 3 P O 4 + 6 H 2 O или P 2 O 5 + 6 N a O H → 2 N a 3 P O 4 + 3 H 2 O

Оксид фосфора (V) вступает в реакцию с плавиковой кислотой, что приводит к образованию оксида-трифторида фосфора и метафосфорной кислоты:

P 4 O 10 + 3 H F → P O F 3 + 3 H P O 3 ( t = 120 — 170 ° C ) .

Оксид фосфора (V) реагирует с бромоводородом, что в результате позволяет получить оксид-трибромид фосфора и метафосфорную кислоту:

P 4 O 10 + 3 H B r → P O B r 3 + 3 H P O 3 ( t = 200 ° C )

Взаимодействие оксида фосфора (V) с азотной кислотой с образованием оксида азота и метафосфорной кислоты:

4 H N O 3 + P 4 O 10 → 2 N 2 O 5 + 4 H P O 3 или 2 H N O 3 + P 2 O 5 → N 2 O 5 + 2 H P O 3 ( t = – 10 ° C )

Оксид фосфора (V) взаимодействует с ортофосфорной кислотой, что сопровождается образованием дифосфорной (пирофосфорной) кислоты:

P 4 O 10 + 8 H 3 P O 4 → 6 H 4 P 2 O 7 ( t = 80 — 100 ° C )

Взаимодействие оксида фосфора (V) и пероксида водорода с образованием дипероксодиоксофосфата водорода и воды:

P 4 O 10 + 8 H 2 O 2 → 4 H 3 P O 2 ( O 2 ) 2 + 2 H 2 O ( t = – 20 ° C )

В процессе реакции оксида фосфора (V) с амидами они превращаются в нитрилы. При взаимодействии вещества со спиртами, эфирами, фенолами, другими органическими соединениями образуются фосфорорганические соединения.

Получение и использование оксида фосфора (V)

Получение оксида фосфора (V) основано на горении и окислении фосфора при наличии избытка кислорода или воздуха. В результате образуется продукт, состоящий из семи различных форм P 4 O 10 .

P 4 + 5 O 2 → P 4 O 10 ( t = 34 — 60 ° C )

Практическое применение полученного в результате данной химической реакции оксида фосфора (V) заключается в его использовании для осушения газообразных и жидких веществ, в органическом синтезе (как водоотнимающее средство). Соединение активно используют в производстве такой продукции, как:

• фосфорная кислота;
• поверхностно-активные вещества;
• фосфатные стекла.

Другим соединением фосфора является фосфин. Вещество представляет собой ядовитый газ c неприятным запахом, самовоспламеняющийся на воздухе. Фосфин является продуктом разложения органических веществ.