Фосфор и его соединения

Опорный конспект № 8.8 Фосфор и его соединения.
Проверяемый элемент содержания: ОГЭ 4.2. Физические и химические свойства простых веществ-неметаллов: фосфора. ОГЭ 4.5. Физические и химические свойства оксидов неметаллов: фосфора (III, V). ОГЭ 4.8. Химические свойства кислот: фосфорной.
Вернуться к Списку конспектов

Характеристика элемента фосфора

💡 Фосфор — важнейший элемент для жизни. Он входит в состав ДНК, РНК, АТФ, костей и зубов. В отличие от азота, фосфор может образовывать несколько аллотропных модификаций, и его химическая активность значительно выше.
📌 Фосфор P — элемент № 15, 3-го периода, VA группы.
Электронная конфигурация: 1s²2s²2p⁶3s²3p³

На внешнем слое у фосфора 5 электронов. В отличие от азота, у фосфора есть свободные 3d-орбитали, поэтому он может проявлять степень окисления +5 и быть пятивалентным (в возбуждённом состоянии).

⚠️ Основные степени окисления фосфора:

• –3 — в фосфинах (PH₃) и фосфидах (Na₃P, Ca₃P₂)
• 0 — в простых веществах (белый, красный, чёрный фосфор)
• +3 — в оксиде P₂O₃, фосфористой кислоте H₃PO₃
• +5 — в оксиде P₂O₅, ортофосфорной кислоте H₃PO₄, фосфатах

Интересный факт: фосфор был открыт в 1669 году немецким алхимиком Брандом при попытке получить золото из мочи. Он заметил, что вещество светится в темноте, и назвал его «фосфор» (от греч. «светоносный»).

---

Фосфор — простое вещество

📌 Фосфор образует несколько аллотропных модификаций. В школьном курсе изучают три основные:

Свойство	Белый фосфор (P₄)	Красный фосфор (Pn)	Чёрный фосфор
Цвет	Белый, восковидный	Красный (или тёмно-красный)	Чёрный с металлическим блеском
Строение	Молекулярная (P₄)	Полимерная (Pn)	Слоистая (атомная)
Растворимость	В CS₂ (хорошо), в воде — нет	Не растворяется	Не растворяется
Химическая активность	Очень высокая (самовоспламеняется на воздухе)	Умеренная	Низкая
Токсичность	Сильный яд	Малотоксичен	Малотоксичен
Свечение в темноте	Да	Нет	Нет

⚠️ Важно: белый фосфор очень ядовит и легко воспламеняется на воздухе! Хранят его под слоем воды.

💡 Белый фосфор светится в темноте из-за медленного окисления кислородом воздуха. Красный фосфор используется на спичечных коробках.

---

Химические свойства фосфора

📌 Фосфор проявляет окислительно-восстановительную двойственность.

1. Фосфор — окислитель

📌 В реакциях с металлами фосфор выступает как окислитель (с.о. P понижается до –3):
3Mg + 2P → Mg₃P₂ (фосфид магния)
3Ca + 2P → Ca₃P₂ (фосфид кальция)

⚠️ Фосфиды — соли, образованные анионом P³⁻. При гидролизе выделяют фосфин PH₃ (очень ядовитый газ).

2. Фосфор — восстановитель

📌 В реакциях с кислородом, галогенами, серой, кислотами-окислителями фосфор выступает как восстановитель (с.о. P повышается до +3 или +5):

• С кислородом — сгорает ярким белым пламенем:
  4P + 3O₂ → 2P₂O₃ (при недостатке O₂)
  4P + 5O₂ → 2P₂O₅ (при избытке O₂)

• С хлором — самовоспламеняется:
  2P + 3Cl₂ → 2PCl₃ (при недостатке Cl₂)
  2P + 5Cl₂ → 2PCl₅ (при избытке Cl₂)

• С серой — при нагревании: 2P + 3S → P₂S₃

• С концентрированными H₂SO₄ и HNO₃:
  2P + 5H₂SO₄(конц.) → 2H₃PO₄ + 5SO₂↑ + 2H₂O
  P + 5HNO₃(конц.) → H₃PO₄ + 5NO₂↑ + H₂O

3. Окислительно-восстановительная двойственность (P⁺³)

⚠️ Фосфор в степени окисления +3 (P₂O₃, H₃PO₃) может проявлять и окислительные, и восстановительные свойства.
💡 В отличие от азота, фосфор в степени окисления +3 способен и отдавать, и принимать электроны.

---

Оксиды фосфора

Оксид фосфора(III) P₂O₃

📌 Физические свойства: белое твёрдое вещество, летучее.

Получение: 4P + 3O₂ → 2P₂O₃ (при недостатке O₂)

Химические свойства:

• Кислотный оксид — реагирует с водой:
  P₂O₃ + 3H₂O → 2H₃PO₃ (фосфористая кислота)

• Реагирует со щелочами:
  P₂O₃ + 6NaOH → 2Na₃PO₃ + 3H₂O

• Легко окисляется до P₂O₅:
  P₂O₃ + O₂ → P₂O₅

Оксид фосфора(V) P₂O₅

📌 Физические свойства: белое твёрдое вещество, хлопьевидное («снег»), очень гигроскопично.

Получение: 4P + 5O₂ → 2P₂O₅ (в избытке O₂)

Химические свойства:

• Кислотный оксид — бурно реагирует с водой:
  P₂O₅ + 3H₂O → 2H₃PO₄ (ортофосфорная кислота)

⚠️ Реакция P₂O₅ с водой очень экзотермическая. Поэтому P₂O₅ используют как осушитель газов.

• Реагирует со щелочами (образует фосфаты):
  P₂O₅ + 6NaOH → 2Na₃PO₄ + 3H₂O

• Реагирует с основными оксидами:
  P₂O₅ + 3CaO → Ca₃(PO₄)₂

---

Ортофосфорная кислота H₃PO₄

💡 Фосфорная кислота — важнейшая кислота фосфора. Её используют для производства удобрений, моющих средств и в пищевой промышленности.

📌 Физические свойства:

• Бесцветные кристаллы (безводная)
• Температура плавления: 42 °С
• Хорошо растворима в воде
• Слабая трёхосновная кислота

Строение и диссоциация

📌 Графическая формула H₃PO₄:
HO—P(=O)—(OH)₂

📌 Ступенчатая диссоциация (слабая кислота):
H₃PO₄ ⇄ H⁺ + H₂PO₄⁻ (1-я ступень)
H₂PO₄⁻ ⇄ H⁺ + HPO₄²⁻ (2-я ступень)
HPO₄²⁻ ⇄ H⁺ + PO₄³⁻ (3-я ступень)

Химические свойства

📌 1. Кислотные свойства (общие свойства слабых кислот):

• Реагирует с металлами (до H₂):
  3Mg + 2H₃PO₄ → Mg₃(PO₄)₂ + 3H₂↑

⚠️ Однако реакция с металлами часто замедляется из-за образования нерастворимого фосфата на поверхности металла.

• Реагирует с основными оксидами:
  3CaO + 2H₃PO₄ → Ca₃(PO₄)₂ + 3H₂O

• Реагирует с основаниями (образует три ряда солей):
  H₃PO₄ + 3NaOH → Na₃PO₄ + 3H₂O (фосфат)
  H₃PO₄ + 2NaOH → Na₂HPO₄ + 2H₂O (гидрофосфат)
  H₃PO₄ + NaOH → NaH₂PO₄ + H₂O (дигидрофосфат)

• Реагирует с солями слабых кислот:
  Na₃PO₄ + 3HCl → 3NaCl + H₃PO₄

📌 2. Качественная реакция на фосфат-ион:
3AgNO₃ + Na₃PO₄ → Ag₃PO₄↓ + 3NaNO₃

💡 Образуется жёлтый осадок Ag₃PO₄ — это качественная реакция на PO₄³⁻.

📌 3. Реакция с солями серебра:
Na₃PO₄ + 3AgNO₃ → Ag₃PO₄↓ + 3NaNO₃ (жёлтый осадок)

---

Фосфаты — соли ортофосфорной кислоты

📌 Фосфорная кислота образует три ряда солей:

Тип соли	Анион	Пример	Растворимость
Фосфаты (средние)	PO₄³⁻	Na₃PO₄, Ca₃(PO₄)₂	Растворимы только соли Na, K, NH₄
Гидрофосфаты (кислые)	HPO₄²⁻	Na₂HPO₄, CaHPO₄	Лучше растворимы
Дигидрофосфаты (кислые)	H₂PO₄⁻	NaH₂PO₄, Ca(H₂PO₄)₂	Хорошо растворимы

💡 Средние фосфаты (кроме Na, K, NH₄) нерастворимы. Именно поэтому фосфорные удобрения вносят в почву в виде суперфосфата (Ca(H₂PO₄)₂) — растворимой соли.

Химические свойства фосфатов

📌 1. Гидролиз (средние фосфаты — соли слабой кислоты):
PO₄³⁻ + H₂O ⇄ HPO₄²⁻ + OH⁻ (среда щелочная)

📌 2. Реакция с сильными кислотами (образование кислых солей):
Ca₃(PO₄)₂ + 4H₃PO₄ → 3Ca(H₂PO₄)₂ (суперфосфат)

💡 Эта реакция используется при производстве суперфосфата — растворимого фосфорного удобрения.

📌 3. Взаимопревращения солей:
Na₃PO₄ + H₃PO₄ → 2Na₂HPO₄
Na₂HPO₄ + H₃PO₄ → 2NaH₂PO₄

---

Получение и применение фосфора

📌 Получение фосфора (в промышленности):
Ca₃(PO₄)₂ + 3SiO₂ + 5C → 3CaSiO₃ + 2P + 5CO↑

💡 Эту реакцию проводят в электропечах при 1500 °С. Пары фосфора конденсируют под слоем воды.

Применение фосфора:

Соединение	Применение
Белый фосфор	Дымовые шашки, зажигательные смеси
Красный фосфор	Спичечные коробки (воспламенитель)
Фосфорные удобрения	Суперфосфат, преципитат (CaHPO₄)
Фосфорная кислота	Производство удобрений, моющих средств, пищевые добавки (E338)

---

Практическое задание

📌 Задание 1. Напишите уравнения реакций, подтверждающих свойства фосфора:

1. P + O₂ →
2. P + Cl₂ →
3. P + HNO₃(конц.) →
4. P + Ca →

📌 Задание 2. Напишите уравнения реакций, подтверждающих свойства H₃PO₄:

1. H₃PO₄ + NaOH → (средняя соль)
2. H₃PO₄ + NaOH → (кислая соль, гидрофосфат)
3. H₃PO₄ + CaO →

📌 Задание 3. Как распознать фосфат-ион? Напишите уравнение реакции.

📌 Задание 4. Какое удобрение называют суперфосфатом? Как его получают?

⚡️ Проверьте себя:

• Задание 1: 1) 4P + 5O₂ → 2P₂O₅; 2) 2P + 3Cl₂ → 2PCl₃; 3) P + 5HNO₃(конц.) → H₃PO₄ + 5NO₂↑ + H₂O; 4) 3Ca + 2P → Ca₃P₂.
• Задание 2: 1) H₃PO₄ + 3NaOH → Na₃PO₄ + 3H₂O; 2) H₃PO₄ + 2NaOH → Na₂HPO₄ + 2H₂O; 3) 2H₃PO₄ + 3CaO → Ca₃(PO₄)₂ + 3H₂O.
• Задание 3: Na₃PO₄ + 3AgNO₃ → Ag₃PO₄↓ + 3NaNO₃ (жёлтый осадок).

---

Памятка

• ✅ Фосфор (P) — элемент VA группы, имеет аллотропные модификации (белый, красный, чёрный).
• ✅ Белый фосфор — очень активен, ядовит, светится в темноте, хранится под водой.
• ✅ Окислитель: с металлами → фосфиды (P⁻³).
• ✅ Восстановитель: с O₂ → P₂O₅, с Cl₂ → PCl₃/PCl₅, с HNO₃ → H₃PO₄.
• ✅ P₂O₅ — кислотный оксид, сильный осушитель, бурно реагирует с водой.
• ✅ H₃PO₄ — слабая трёхосновная кислота, образует три ряда солей.
• ✅ Фосфаты: средние (PO₄³⁻), гидрофосфаты (HPO₄²⁻), дигидрофосфаты (H₂PO₄⁻).
• ✅ Качественная реакция на PO₄³⁻: AgNO₃ → Ag₃PO₄↓ (жёлтый осадок).

 

---

Вы смотрели конспект урока химии по теме «Фосфор и его соединения». Выберите дальнейшее действие:

• Перейти к Списку конспектов по химии (по классам)
• Найти конспект в Кодификаторе ОГЭ по химии
• Найти конспект в Кодификаторе ЕГЭ по химии

---

Переработанные старые конспекты:

• «Свойства простых веществ: Фосфор»
• «Ортофосфорная кислота. Фосфаты»

 

Для эрудиции: