Оксиды и кислоты фосфора Свойства и методы получения Оксид фосфора (iii) фосфористый ангидрид

• Название: Оксиды и кислоты фосфора Свойства и методы получения Оксид фосфора (iii) фосфористый ангидрид
• Дата: 07.10.2022
• Размер: 0.87 Mb.
• Имя файла: 7_Oxidy_i_kisloty_fosfora.ppt
• Тип: Документы; #720779

Оксиды и кислоты фосфора

Свойства и методы получения

Оксид фосфора (III) – фосфористый ангидрид

Истинная формула P4O6;
Простейшая формула Р2О3;
Белые хлопья или кристаллы с неприятным запахом;
Весьма летучий;
Неустойчив на свету, вначале желтеет, а затем краснеет;
Хорошо растворяется в органических растворителях − бензоле, сероуглероде
Легко окисляется О2 воздуха по реакции:
Р2О3 + О2 → Р2О5
P2O3 обладает всеми свойствами кислотного оксида – взаимодействует с водой с образованием фосфористой или фосфоновой кислоты:
Р2О3 + 3Н2О → 2Н2РНО3 (Н3РО3)
Взаимодействует со щелочами, образуя средние соли:
Р2О3 + 4КОН → 2К2РНО3 + 2Н2О
фосфит калия

Оксид фосфора (V) – фосфорный ангидрид

Истинная формула P4O10;
Простейшая формула Р2О5;
Твердый – белая снегообразная масса, состоящая из смеси разных форм P4O10
Гигроскопичен – очень активно взаимодействует с водой – реакция экзотермическая;
P2O5 обладает всеми свойствами кислотного оксида – при взаимодействии с водой образует различные фосфорные кислоты
(в зависимости от условий):
P2O5 + 3H2O → 2H3PO4 (кипячение) ортофосфорная или фосфорная;
P2O5 + H2O → HPO3 (0°С) метафосфорная;
P2O5 + 2H2O → H4P2O7 (20°С) пирофосфорная;
Взаимодействует со щелочами, образуя средние и кислые соли:
Р2О5 + 6КОН → 2К3РО4 + 3Н2О (ортофосфат или фосфат калия)
Р2О5 + 4КОН → 2К2НРО4 + 2Н2О (гидроортофосфат или гидрофосфат калия)
Р2О5 + 2КОН + Н2О→ 2КН2РО4 (дигидроортофосфат или дигидрофосфат калия)

Получение оксидов фосфора

Оксид фосфора (III)


Оксид фосфора (V)


1. Окисление белого фосфора кислородом
t°C
P4 + 3O2 → P4O6
2. Окисление белого фосфора закисью азота
550°C− 625°C
P4 + 6N2O → P4O6 + 6N2
3. Окисление белого фосфора углекислым газом
650°C
P4 + 6СО2 → P4O6 + 6СО
4. Сопропорционирование оксида фосфора (V) и белого фосфора:
50°C
2P4 + 3P4O10 → 5P4O6


1. Окисление белого фосфора кислородом
t°C
P4 + 5O2 → P4O10
2. Окисление оксида фосфора (III) кислородом
t°C
P4O6 + 2O2 → P4O10

Особые свойства оксидов фосфора

Оксид фосфора (III)


Оксид фосфора (V)


Восстановитель
Окисляется кислородом воздуха (быстрее при нагревании):
50°С − 120°С
Р+32O3 + О2 → Р+52O5


Гигроскопичность
Извлекает воду из других соединений – реакции дегидратации
Р2O5 + 2HClO4 → Cl2O7 + 2HPO3
Р2O5 + 2HNO3 → N2O5 + 2HPO3

Фосфорноватистая или фосфиновая кислота H3P+1O2 или HP+1Н2O2

бесцветные кристаллы;
хорошо растворимые в воде;
расплывающиеся на воздухе;
t°плавления = 26,5°С;
одноосновная кислота средней силы или сильная;
соли – гипофосфиты
Н
│
Н─О─Р─Н
║
О


Промышленный метод получения – двухстадийный синтез:
1) кипячение белого фосфора с водной суспензией Ca(OH)2 или Ba(OH)2.
2P4 + 3Ba(OH)2 + 6H2O →
→ 2PH3↑ + 3Ba(H2PO2)2
2) обработка образовавшегося гипофосфита кальция или бария раствором серной кислоты
Ba(H2PO2)2 + H2SO4(раствор) →
→ 2НPH2O2 + BaSO4↓

Особые свойства фосфорноватистой кислоты

1. Фосфорноватистая кислота – восстановитель
H3P+1O2 + 2H2SO4 концентрированная → H3P+5O4 + 2SO2 + 2H2O
S+6 – окислитель
H3P+1O2 + O2 → H3P+5O4
O20 – окислитель
H3P+1O2 + 4AgNO3 + 2Н2О → 4Ag + H3P+5O4 + 4HNO3
Ag+1 – окислитель
H3P+1O2 + 2CuSO4 + 2Н2О → H3P+5O4 + 2Cu + 2H2SO4
Cu+2 – окислитель
2. Фосфорноватистая кислота диспропорционирует
50°С – 140°С
3H3P+1O2 → P–3H3 + 2H3P+3O3
160°С – 170°С
2H3P+1O2 → P–3H3 + H3P+5O4

Фосфористая или фосфоновая кислота H3P+3O3 или H2P+3НO3

бесцветное кристаллическое сильно гигроскопичное вещество;
t°плавления = 74°С;
хорошо растворяется в воде;
двухосновная кислота средней силы, ближе к слабым;
соли – фосфиты
О─Н
│
Н─О─Р─Н
║
О


Методы получения:
1) взаимодействие трихлорида фосфора с водой
PCl3 + 3H2O → H2PНO3 + 3HCl↑;
2) взаимодействие с водой P2O3
P2O3 + 3H2O → 2H2PНO3

Особые свойства фосфористой кислоты

1. Фосфористая кислота – восстановитель
H3P+3O3 + H2SO4 концентрированная → H3P+5O4 + SO2 + H2O
S+6 – окислитель
2H3P+3O3 + O2 → 2H3P+5O4
O20 – окислитель
H3P+3O3 + 2AgNO3 + Н2О → 2Ag + H3P+5O4 + 2HNO3
Ag+1 – окислитель
H3P+3O3 + CuSO4 + Н2О → H3P+5O4 + Cu + H2SO4
Cu+2 – окислитель
2. Фосфористая кислота диспропорционирует
160°С – 170°С
4H3P+3O3 → P–3H3 + 3H3P+5O4

Общие свойства фосфорноватистой и фосфористой кислот

Фосфорноватистая кислота


Фосфористая кислота


1. Отношение к щелочам
NaОН + H3PO2 → NaPН2O2 + H2О
гипофосфит натрия – средняя соль
2. Отношение к активным металлам
2Na + 2H3PO2 → 2NaPН2O2 + H2


1. Отношение к щелочам
2NaОН + H3PO3 → Na2PНO3 + 2H2О
фосфит натрия
– средняя соль
2. Отношение к активным металлам
2Na + H3PO3 → Na2PНO3 + H2


бесцветные кристаллы ромбической формы;
t°плавления = 42,35°C (плавится без разложения);
при умеренном нагревании разлагается;
чистая жидкая Н3РО4 образует маслообразную жидкость;
гигроскопичная;
смешивается с водой в любых отношениях;
трехосновная кислота средней силы;
нетоксична, применяется в качестве пищевой добавки;
соли – ортофосфаты.
Н─О
│
Н─О─Р─О─Н
║
О


Промышленные методы получения:
1) обработка ортофосфата кальция раствором серной кислоты
Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 → 3CaSO4↓+ 2H3PO4
2) Взаимодействие фосфорного ангидрида с водой при кипячении
P2O5 + 3H2O → 2H3PO4
3) Взаимодействие белого фосфора с водяным паром при t°=700оC в присутствии катализатора – мелкораздробленной меди
700оC, Cu порошок
P4 + 16H2O пар → 4H3PO4 +10H2↑
Лабораторные методы получения:
1) Окисление фосфора 30%-ной азотной кислотой
3P + 5HNO3 + 2H2O→ 3H3PO4 + 5NO.
2) Окисление фосфина
PH3 + 2O2 → H3PO4

Химические свойства Н3РО4

Ортофосфорная кислота в водных растворах намного слабее серной и азотной кислот;
Это трехосновная кислота средней силы;
Электролитическая диссоциация кислоты, как и других многоосновных кислот, осуществляется ступенчато:
Н3РО4 ⇄ Н1+ + Н2РО4 − (I ступень), K1 = 7,5∙10–3
Н2РО4 − ⇄ Н1+ + НРО42− (II ступень), K2 = 6,3∙10–8
НРО42− ⇄ Н1+ + РО43− (III ступень), K3 = 1,3∙10–12
Н3РО4 ⇄ 3Н1+ + РО43− (суммарное уравнение)

Химические свойства Н3РО4

1. Нейтрализация фосфорной кислоты щелочами − образование солей: дигидрофосфатов, гидрофосфатов, фосфатов:
Н3РО4 + NaOH→ NaH2PO4 + H2O (дигидрофосфат натрия);
H3PO4 + 2NaOH→ Na2HPO4 + 2H2O (гидрофосфат натрия);
H3PO4 + 3NaOH → Na3PO4 + 3H2O (ортофосфат натрия);
2.Качественная реакция на ортофосфорную кислоту ─ взаимодействие с нитратом серебра
Н3РО4 + 3AgNO3→ Ag3PO4↓ + 3HNO3 (ортофосфат серебра – желтый осадок);
3. Термолиз ортофосфорной кислоты:
а) при упаривании образуется пирофосфорная кислота: 150°C
2Н3РО4 → Н4Р2О7 + Н2О;
б) при прокаливании в вакууме – метафосфорная кислота:
300°C, вакуум
Н3РО4 → НРО3 + Н2О
4. Взаимодействие с активными металлами:
2Н3РО4 + 2Na→ 2NaH2PO4 + H2↑

Метафосфорная кислота НР+5О3

белая, стекловидная, гигроскопичная;
сублимируется при сильном нагревании;
хорошо растворяется в холодной воде;
одноосновная кислота слабая;
очень ядовита соли – метафосфаты;
Н─О─Р═О
║
О


Методы получения:
1) взаимодействие фосфорного ангидрида с водой t°= 0оС
P2O5 + H2O → 2HPO3
2) взаимодействие фосфорного ангидрида с безводными кислородсодержащими кислотами – метод получения оксидов неметаллов из кислот и метафосфорной кислоты
P2O5 + 2HClO4 → 2HPO3 + Cl2O7,
P2O5 + 2HNO3 → 2HPO3 + N2O5.

Свойства метафосфорной кислоты HP+5O3

При кипячении водных растворов переходит в ортофосфорную кислоту:
кипячение
HPO3 + Н2О → Н3РО4
Реагирует с щелочами с образованием солей:
HPO3 + КОН → КPO3 + 42О

Пирофосфорная кислота H4P+52O7

Бесцветные кристаллы;
t°плавления = 61°С;
хорошо растворяется в воде;
четырехосновная кислота


Методы получения:
1) нагревание ортофосфорной кислоты
150°С−200оС
2H3PO4 → H4P2O7 + H2O
2) взаимодействие фосфорного ангидрида с водой
20оС
P2O5 + 2H2O → H4P2O7
3) Взаимодействие ортофосфорной кислоты с фосфорным ангидридом
100°С
P2O5 + 4H3PO4 → 3H4P2O7

Свойства пирофосфорной кислоты H4P+52O7

При нагревании в вакууме разлагается:
300°C, вакуум
H4P2O7 → 2HPO3 + Н2О
При кипячении водных растворов переходит в ортофосфорную кислоту:
кипячение
H4P2O7 + Н2О → 2H3PO4
Реагирует с щелочами с образованием нормальных или кислых солей:
H4P2O7 + 4КОН концентрированный → К4P2O7 + 4Н2О
H4P2O7 + 2КОН разбавленный → К2H2 P2O7 + 2Н2О
Вступает в обменные реакции:
H4P2O7 + 4AgNO3 → Ag4P2O7↓ + 4HNO3

Свойства солей ортофосфорной кислоты

дигидрофосфаты хорошо растворимы в воде;
почти все гидрофосфаты и фосфаты мало растворимы;
нерастворимые и малорастворимые гидрофосфаты и фосфаты растворяются в избытке кислоты с образованием дигидрофосфатов:
Са3(PO4)2 + Н3РО4 → 3СаНРО4
СаНРО4 + Н3РО4 → Са(H2PO4)2
Са3(PO4)2 + 4Н3РО4 → 3Са(H2PO4)2
при прокаливании кислых солей образуются метафосфаты и пирофосфаты:
NaH2PO4 → NaPO3 + Н2О
2Na2HPO4 → Na4P2O7 + Н2О;
ортофосфаты устойчивы к нагреванию и плавятся без разложения