Підготовка до ЗНО з хімії

Фосфор з Оксигеном утворює оксиди фосфору (III) та (V).

Фосфор (III) оксид (фосфористий ангідрид). Йому відповідає формула P₄O₆ (рис. 18.3).

Рис. 18.3. Молекула Р₄О₆.

Утворюється при горінні фосфору за нестачі кисню. P₄O₆ – біла кристалічна речовина. Реакція його з водою веде до утворення фосфористої кислоти:

P₄О₆ + 6H₂O = 4H₃PO₃.

Оксид фосфору (III), фосфориста кислота та її солі – фосфіти – сильні відновники.

Фосфор (V) оксид (фосфатний ангідрид). Йому відповідає формула P₄O₁₀ (рис. 18.4).

Рис. 18.4. Молекула Р₄О₁₀.

Утворюється при горінні фосфору в надлишку кисню. P₄O₁₀ – білий гігроскопічний порошок. Типовий кислотний оксид. При взаємодії з водою, залежно від умов, утворюються різні кислоти фосфору. На холоді утворюється тетраметафосфатна кислота :

P₄О₁₀ + 2H₂O = (HPO₃)₄.

З більшою кількістю води утворюється дифосфатна (пірофосфатна) кислота:

P₄О₁₀ + 4H₂O = 2H₂P₄O₇.

При надлишку води утворюється фосфатна кислота:

P₄О₁₀ + 6H₂O = 4H₃PO₄.

Кип`ятіння (HPO₃)₄ та H₂P₄O₇ з надлишком води веде до утворення фосфатної кислоти:

(HPO₃)₄ + 4H₂O = 4H₃PO₄,              H₂P₄O₇ + H₂O = 4H₃PO₄.

Аналогічно, з лугами Р₄О₁₀ утворює солі – мета- або ортофосфати:

Р₄О₁₀ + 4NaOH = 4NaPO₃ + 2H₂O            Р₄О₁₀ + 12NaOH = 4Na₃PO₃ + 6H₂O

         натрій метафосфат                                                    натрій ортофосфат

Р₄О₁₀ енергійно віднімає воду від кислот, що дає можливість одержувати ангідриди відповідних кислот:

Р₄О₁₀ + 4HNO₃ = 4HPO₃ + 2N₂O₅,   Р₄О₁₀ + 4HClO₄ = 4HPO₃ + 2Cl₂O₇.

При сплавленні Р₄О₁₀ з карбонатами або гідрогенкарбонатами лужних і лужноземельних металів утворюються метафосфати:

4NaHCO₃ + P₄O₁₀ = 4NaPO₃ + 4CO₂ + 2H₂O.

Найважливішою з кислот фосфору є ортофосфорна кислота H₃PO₄ зі ступенем окислення Фосфору +5.

Одержують H₃PO₄ у лабораторії взаємодією фосфору з 30% нітратною кислотою:

3P + 5HNO₃ + 2H₂O = 3H₃PO₄ + 5NO.

У промисловості H₃PO₄  – дією концентрованої сульфатної кислоти на фосфорит Ca₃(PO₄)₂:

Ca₃(PO₄)₂ + 2H₂SO₄ = H₃PO₄ + СaSO₄↓,

або спалюванням фосфору з надлишком кисню і наступним розчиненням P₄O₁₀ у надлишку води. Останній метод дозволяє одержати дуже чисту концентровану фосфатну кислоту.

Фізичні властивості. Безводна H₃PO₄ – безбарвні прозорі кристали з т. пл. 42 ⁰С. Дуже добре розчинна у воді, нелетка.

Хімічні властивості. У водному розчині H₃PO₄ – кислота середньої сили. Дисоціює ступінчато:

І ступінь: H₃PO₄ ↔ H₂PO₄^– + H⁺,

ІІ ступінь: H₂PO₄^– ↔ HPO₄^2–+ H⁺,

ІІІ ступінь: HPO₄^2– ↔ PO₄^3–+ H⁺.

H₃PO₄ виявляє усі властивості, характерні для кислот-неокисників. Реагує з активними металами, основними оксидами, солями слабких кислот (карбонатами, силікатами) з утворенням солей – фосфатів (ортофосфатів). H₃PO₄, як триосновна кислота утворює три типи солей: середні і кислі з одним або двома атомами гідрогену у складі кислотного залишку:

K₃PO₄, Ca₃(PO₄)₂ – середні солі – ортофосфати,

K₂HPO₄, CaHPO₄ – дизаміщені кислі солі – моногідрогенфосфати,

KH₂PO₄, Ca(H₂PO₄) – монозаміщені кислі солі – дигідрогенфосфати.

Дигідрогенфосфати розчинні у воді, із моногідрогенфосфатів та ортофосфатів у воді розчинні лише солі лужних металів і амоніаку.

У водних розчинах середніх і дизаміщених фосфатів лужних металів рН > 7, у монозаміщених – рН < 7 (табл 18.2).

Таблиця 18.2

рН 1% розчинів натрій фосфатів

Сіль	рН
Na3PO4	12,1
Na2HPO4	8,9
NaH2PO4	6,4

Ортофосфати одержують дією надлишку лугу на фосфатну кислоту:

H₃PO₄ + 3NaOH = Na₃PO₄ + 3H₂O,

або дією лугу на кислі фосфати:

Na₂HPO₄ + NaOH = Na₃PO₄ + H₂O,       NaH₂PO₄ + 2NaOH = Na₃PO₄ + 2H₂O.

Моногідрогенфосфати утворюються при взаємодії лугу з фосфатною кислотою у відношенні 2 : 1:

H₃PO₄ + 2NaOH = Na₂HPO₄ + 2H₂O,

при дії лугу на NaH₂PO₄ або NaH₂PO₄:

NaH₂PO₄ + NaOH= Na₂HPO₄ + H₂O,

при дії фосфатної кислоти на Na₃PO₄:

2Na₃PO₄ + H₃PO₄ = 3Na₂HPO₄.

або взаємодією NaH₂PO₄ та Na₃PO₄:

NaH₂PO₄ + Na₃PO₄ = 2Na₂HPO₄.

Дигідрогенфосфати утворюються при взаємодії лугу з фосфатною кислотою у співвідношенні 1:1:

NaOН + H₃PO₄ = 3NaН₃PO₄ + Н₂О,

або при дії фосфатної кислоти на Na₃PO₄ чи Na₂HPO₄:

2H₃PO₄ + Na₃PO₄ = 3NaH₂PO₄,                 H₃PO₄ + Na₂HPO₄ = 2NaH₂PO₄.

Під дією сильних кислот нерозчинні фосфати переходять у розчинні форми:

Ca₃(PO₄)₂ + 4HNO₃ = 2Ca(H₂PO₄)₂ + 2Ca(NO₃)₂.

Якісною реакцією на фосфати є взаємодія з AgNO₃ з утворенням яскраво-жовтого осаду Ag₃РO₄, розчинного у кислотах:

PO₄^3– + 3Ag+ = Ag₃РO₄↓,

HPO₄^2– + 3Ag+ = Ag₃РO₄↓ + H⁺,

H₂PO₄^– + 3Ag+ = Ag₃РO₄↓ + 2H⁺.

Застосування оксигеновмісних сполук фосфору.

Оксид Р₄О₁₀ застосовують у хімічних лабораторіях для осушення речовин кислої природи (SO₃, SO₂, CO₂, CH₃COOH тощо).

Фосфатну кислоту використовують при виготовленні мінеральних добрив і миючих засобів.