Общая и Неорганическая химия с примерами решения задач - Михаил Бармин

Э+3Г3 (Г = F, Cl, Br, J)

Соответствующие галогенопроизводные взаимодействуют с водой с образованием различных продуктов гиролиза.

Фосфор

Фосфор в природе встречается в связанном состоянии в основном в виде фосфат – ионом (РО43-)

Фосфор встречается в виде следующих основных минералов

3Са3(РО4)2 Са Х2      (Х = F, Cl,OH-)

В зависимости от типа заместителя – различ.: фтор-, хлор– и гидроксилапатиты.

Фосфориты Са3 (РО 4) 2 Фостор встречается в природе в виде моноизотопа с массовым

числом 31. Однако, известны радиоктивные изотопы фосфора. Общее содержание в земной коре около 0,1 %.

Получение

В промышленности фосфор получают при восстановлении углерода в электродуговой печи при высокой температуре.

Суммарная схема процессов:

Са3(РО4)2 + 5С + 3SiО2 → 2Р + 5СО↑ + 3СаSiО3

3СаОР 2О5 + 3SiО3 → 3СаSiО3+ Р2О5

P2O5 + 5C → 2P + 5CO↑

Для Р в настоящее время известно 2 аллотропных модифика

ций. Из них наиболее устойчивыми являются следующие:

• Белый фосфор

Получают при восстановлении ортофосфатов при быстром охлаждении паров, t = 44° С.

Это мягкое, воскообразное вещество, химически активное, окисляющее на воздухе, при этом наблюдается свечение. р = 1.7 г/см3. Вещество ядовитое.

Белый фосфор – это молекулярное соединение, построенное из тетраедров. Р4

• Красный фосфор

Получен из белого при нагревании без доступа воздуха, t = 350° С.

Это вещество – малоактивное, не ядовитое, представляет собой полимер. Широко используется в практической деятельности.

р=2-2,4 г/см3

Черный фосфор

Получен из белого фосфора при t = 200° С, t = 12000 атм. Это вещество обладает полупроводниковыми свойствами, химически инертно. Структура аналогична графику р = 2,7 г/см3

ЛЕКЦИЯ 31

Основные соединения фосфора. Гидриды фосфора

Известны следующие гидриды фосфора:

РН32 – фосфин (представляет собой газообразное вещество с неприятным запахом, очень ядовитое).

При непосредственном взаимодействии фосфора с Н2РН3 получить нельзя. РН3 образуется при действии на фосфиды Ме сильных минеральных кислот или Н 2О. Кроме того, РН3 образуется при взаимодействии фосфора с горячими щелочами.

Са3Р2 + 6HCl →2PH3↑ + 3CaCl2 Mg2P2 + 6H2O → 2PH3↑ + 3Mg(OH)2

Наряду с РН3 в качестве побочного продукта происходит образование других гидридов:

P2H4 – жидкость; Р12Н6 – твердое вещество. Эти гидриды неустойчивы и воспламеняются на воздухе:

H – P – P – H

Однако, при взаимодействии с сильными минеральными кислотами (HСlO4, HCl, HJ, HB) образуются соединения аналогичные аммиаку.

РН3 + HJ → [PH4]+ J

Иодистый фосфоний.

И при действии воды распадаются с образованием следующих соединений:

[PH4]J + H2O → PH3↑ + H3O+ + J-

Оксиды фосфора

При окислении кислорода воздуха (при недостатке О2) проис-ходит образование Р2О3

Р2О3 представляет собой легкоплавкое кристаллическое ве-щество. Хорошо растворим в воде. Tплав. = 24о С.

Р2О3 + 3Н2О →2Н3РО3

Н3РО3 является двухосновной кислотой (соли фосфориты), является кислотой средней силы. Для нее возможно образование двух типов солей. Однозамещенные соли называются дигидрофосфитами (NaH2PO3), двухзамещенные соли – гидрофосфиты (Na2HPO3). При полном окислении фосфора, особенно при повышенной температуре происходит образование оксида Р (V)

– Р2О5 · Р2О5 – является кислотным оксидом, представляет собой кристаллическое вещество, температура правления около 536 оС. При взаимодействии с Р2О возможно образования ряда фосфорных кислот.

ХР2О5 + Н2О → (НРО3)Х      Х =3:8

Метафосфорные кислоты представляют собой циклические структуры. Можно считать, что метафосфорные кислоты имеют полимерную структуру. Для них известны соответствующие соли, которые находят соответствующее применение в технике. Пример, Na3P3O9 и Na 6P6O18 используется как умягчитель воды.

При более высокий температуре взаимодействие идет с образованием фторофосфорной кислоты

Р2О5 + 3Н2О → 2Н3РО4

Н3РО4 – является трехосновной кислотой. В промышленности получены действием Н2SO4 конц. на фосфориты.

Ca3(PO4)2 + Н2SO4→ CaSO4↑ + H3PO4

H3PO4 – кристаллическое вещество с температурой плавления = 42 оС.

ЛЕКЦИЯ 32

Соли

Образуется три типа солей. Почти все дигидрофосфаты хорошо растворимы в воде, из гидрофосфоритов и фосфатов растворимы в воде только лишь соли щелочных металлов и аммония.

Ортофосфорная кислота широко используются для получения минеральных удобрений.

Р2О5 + 2Н2О → Н4Р2О7

Ипрофосфорная кислота Н4Р2О7 – представляет собой сложную систему имеющую по-

лимерное строение, является более сильной кислотой, по сравнению с фторфосфорной. Образуется соли как средние, так и кислые.

Галлоид – производные фосфора

Фосфор взаимодействует активно с галогенами (с образованием ЭГ3, ЭГ5). Наиболее важные из них: PCl3, PCl 5.

При пропускании хлора в кипящий фосфор происходит образование PCl3, представляющей собой жидкость с t кип. = 76 оС. Это соединение широко используется в органической химии при получении различных хлорсодержащих соединений

PCl3 + H2O → HCl + H2PO3

При пропускании газообразных Cl над PCl3 происходит образование PCl5, представляет собой неустойчивое кристалическое вещество.

PCl5 → PCl3 + Cl2↑

PCl5 используется в органической химии для получения различных хлорпроизводных.

PCl5 + Н2О →HCl + H3PO4

Мышьяк, сурьма, висмут

Sb, Bi, иногда встречаются в природе в чистом состоянии. Однако, чаще встречаются в связанном состоянии (в виде сульфидов или оксидов).

Минералы мышьяка +5, +3, -3 FeAsS – мышьяковый колчедан As2S3 – сульфид (3)

As2O3 – оксид (3) (белый мышьяк)

Общее содержание в природе 10-5 %.

Получение: As при восстановлении белого мышьяка As2O3 или при нагревании мышьяковистого колчедана.

FeAsSAs + FeS

As2O3 +CAs + CO2

Остальные элементы также получают при действии сильных восстановителей или на сульфиды, или на оксид. В ряде случаев в технологических процессах происходит деконцентрирование гидро– или пирометаллургическими способами.

От As к Bi происходит постепенное увеличение металлических свойств. Sb и Bi являются химически менее активными элементами, т.к. они не взаимодействуют с разбавленными минеральными кислотами при н.у. при нагревании взаимодействуют

с H2SO4 и HNO3.

As существует в природе в виде трех аллотропных модификаций:

Ά – модификац. серое кристаллическое вещество.

Β – модификац. черное амфорное вещество.

γ – модификац. желтое вещество.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Следующие два десятилетия внесут значительные изменения в используемые нами материалы, которые определяют наш быт. Возникнут новые отрасли промышленности. Вспомните, что с появлением полимеров началось промышленное производство синтетических тканей, разработка люминофоров привела к созданию телевидения, а полупроводники привели к компьютерам. Металлы будут использоваться реже, так как в традиционных областях их применения специально сконструированные матери-алы имеют лучшие характеристики. Роль химических наук при этом, несомненно, возрастет, поскольку именно химики способны осуществлять такое конструирование и, следовательно, управлять свойствами новых материалов. В конечном итоге управление свойствами базируется на данных о составе, характере связей и геометрии материалов на атомно-молекулярном уровне, а это – традиционная сфера специфических интересов химика.

Наконец, способность использовать эти данные в практических целях зависит от уровня развития синтетической химии, а это вновь дело химика. Именно поэтому отрасли, связанные с применением новых материалов, ищут способных молодых химиков для своих научных центров, поэтому все больше химиков вовлекаются в материаловедческие исследования.

ТЕСТЫ 24 – 26 ТАБЛИЦА 31

Решение типовых расчетных задач

Алгоритмы решения задач:

Наш девиз моль

Для решения задач, описанных в тестах 24 – 26, предлагаю воспользоваться следующими алгоритмами:

задачи теста 25 решаются задачи с помощью пропорции, пропорция составляются следующим образом: граммы пишутся под граммами, моли – под молями, килоджоули – под килоджоулями, НО НЕИЗВЕСТНОЕ В ЗАДАЧЕ ПИШЕТСЯ ЧЕРЕЗ Х.

х находится методом перемножения крайних членов и деления его на известный внутренний член;