Фосфор Составитель И.Н. Пиялкина, учитель химии МБОУ СОШ 37 города Белово

«Фосфор…- элемент жизни и мысли.» академик А.Е. Ферсман. P

Прав ли был Артур Конан-Дойл?

В 1669 Хеннинг Бранд при нагревании смеси белого песка и выпаренной мочи получил светящееся в темноте вещество, названное сначала «холодным огнём». Вторичное название «фосфор» происходит от греческих слов: «фос» - свет, «ферро»- несу. Phosphorus- Светоносный. Phosphorus- Светоносный. Лавуазье определил фосфор, как новый химический элемент!

По иронии судьбы фосфор открывался несколько раз. Причем всякий раз получали его из … мочи. Есть упоминания о том, что арабский алхимик Альхильд Бехиль (XII век) открыл фосфор при перегонке мочи в смеси с глиной, известью и углем. Однако датой открытия фосфора считается 1669 год. Гамбургский алхимик-любитель Хеннинг Бранд, разорившийся купец, мечтавший с помощью алхимии поправить свои дела, подвергал обработке самые разнообразные продукты. Предполагая, что физиологические продукты могут содержать «первичную материю», считавшейся основой философского камня, Бранд заинтересовался человеческой мочой. Он собрал около тонны мочи из солдатских казарм и выпаривал ее до образования сиропообразной жидкости. Эту жидкость он вновь дистиллировал и получил тяжелое красное «куриное масло», которое перегонялось с образованием твердого остатка. Нагревая последний, без доступа воздуха, он заметил образование белого дыма, оседавшего на стенках сосуда и ярко светившего в темноте. Бранд назвал полученное им вещество фосфором, что в переводе с греческого означает «светоносец». Несколько лет «рецепт приготовления» фосфора хранился в строжайшем секрете и был известен лишь нескольким алхимикам. В третий раз фосфор открыл Р.Бойль в 1680 году. В несколько модифицированном виде старинный метод получения фосфора использовали и в XVIII столетии: нагреванию подвергали смесь мочи с оксидом свинца (PbO), поваренной солью (NaCl), поташом (K2CO3) и углем (C). Лишь к 1777 году К.В.Шееле заработал способ получения фосфора из рога и костей животных.

Р Р ОРГАНИЗМЫ МИНЕРАЛЫ ФОСФОЛИПИДЫ, ФЕРМЕНТЫ, ФОСФАТ КАЛЬЦИЯ ЭФИРЫ ОРТОФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ ФОСФОЛИПИДЫ, ФЕРМЕНТЫ, ФОСФАТ КАЛЬЦИЯ ЭФИРЫ ОРТОФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ В ЗУБАХ И КОСТЯХ ФОСФОРИТ БИРЮЗА АПАТИТ ФОСФОРИТ БИРЮЗА АПАТИТ

По распространенности в земной коре фосфор опережает азот, серу и хлор. В природе фосфор в свободном виде не встречается – только в виде соединений. Важнейшими природными соединениями фосфора являются минералы фосфориты и апатиты. Основную их массу составляет фосфат кальция Са 3 (РО 4 ) 3, из которого и получают в промышленности фосфор. Крупнейшее месторождение апатитов находится на Кольском полуострове, в районе Хибинских гор. Залежи фосфоритов находятся в районе гор Каратау, в Московской, Калужской, Брянской областях и в других местах.

период III группа VАVА валентных электронов 5 степени окисления -3, +3, +5 высший оксид Р2О5Р2О5 водородное соединение РН 3 1 s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3

Р Р БЕЛЫЙ КРАСНЫЙ ЧЕРНЫЙ

Молекулы P 4 имеют форму тетраэдра. Это легкоплавкое t(пл)=44,1 о С, t(кип)=275 о С, мягкое, бесцветное воскообразное вещество, летуч, легкоплавок, режется ножом, с чесночным запахом. Хорошо растворяется в сероуглероде и ряде других органических растворителей. Ядовит, воспламеняется на воздухе, светится в темноте. Хранят его под слоем воды. Белый фосфор весьма реакционно способное вещество. Белый фосфор весьма реакционно способное вещество. БЕЛЫЙ ФОСФОР

Существует несколько форм красного фосфора Их структуры окончательно не установлены. Известно, что они являются атомными веществами с полимерной кристаллической решеткой. Их температура плавления о С, цвет от темно- коричневого до красного и фиолетового. Не ядовит.Их температура плавления о С, цвет от темно- коричневого до красного и фиолетового. Не ядовит. КРАСНЫЙ ФОСФОР

Наиболее устойчивая модификация. Черный фосфор имеет слоистую атомную кристаллическую решетку. По внешнему виду похож на графит, при нормальных условиях- полупроводник, под давлением проводит электрический ток как металл. При нагревании переходит в красный фосфор. В отличие от белого фосфора красный и черный фосфор не растворяются в сероуглероде, они не ядовиты и не огнеопасны. ЧЕРНЫЙ ФОСФОР

При длительном нагревании белого фосфора без доступа воздуха он желтеет и постепенно превращается в красный фосфор. При нагревании красного фосфора в тех же условиях он превращается в пар, при конденсации которого образуется белый фосфор. Фосфор проявляет окислительные и восстановительные свойства. 1. Фосфор – восстановитель: 5О 2 ( изб.) + 4Р = 2Р 2 О 5 3О 2 (недост.) + 4Р = 2Р 2 О 3 3Сl 2 + 2P = 2PCl 3 3Сl 2 + 2P = 2PCl 3 PСl 3 + Cl 2 = PCl 5 3P + 5HNO 3 + 2H 2 O = 3H 3 PO 4 + 5NO 4P + 16H 2 O = 4H 3 PO H 2 2. Фосфор – окислитель: 2Р + 3Са = Са 3 P 2 Сa 3 P 2 + 6H 2 O = 3Ca(OH) 2 + 2PH 3 Сa 3 P 2 + 6H 2 O = 3Ca(OH) 2 + 2PH 3 фосфин Сa 3 P 2 + 6H 2 O = 3Ca(OH) 2 + 2PH 3 С водородом фосфор не взаимодействует Опыт, иллюстрирующий переход красного фосфора в белый

4. Фосфор и окислитель и восстановитель 2Р + 2NaOH + H 2 O = Na 2 HPO 3 + PH 3 3. В реакции со сложными веществами –окислителями: 3P + 5HNO 3 (конц) + 2H 2 O = 3H 3 PO 4 + 5NO 3P + 5HNO 3 (конц) + 2H 2 O = 3H 3 PO 4 + 5NO с бертолетовой солью при ударе взрывается, воспламеняется 6P + 5KClO 3 = 3P 2 O 5 + 5KCl При взаимодействии со щелочами образуется фосфин PH 3 - очень ядовитый газ, с неприятным запахом. Легко воспламеняется на воздухе. Это свойство фосфина и объясняет появление болотных блуждающих огней.

Из апатитов и фосфоритов в электрической печи: Са 3 (РО 4 ) 2 + С+ SiO 2 CaSiO 3 + P+ CO P +5 +5e P 2 C 0 -2e C +2 5 Са 3 (РО 4 ) 2 + 5С + 3SiO 2 = 3CaSiO 3 + 2P + 5CO

Р удобрения ядохимикаты производство спичек создание дымовых завес полупроводники производство красок защита от коррозии умягчение воды моющие средства

Войска США использовали фосфорные Бомбы в Ираке, 2004 г.

Фосфор в организме человека человека 1500 граммов К ости и зубы 1400 граммов (90%) Мышцы 130 граммов Мозг и нервы 12 граммов АТФ - аденозинтрифосфорная кислота (носитель энергии). Фосфор участвует в передаче наследственных свойств (ДНК и РНК).

Важнейшие соединения Н 3 РО 4 фосфорная кислота Р 2 О 5 оксид фосфора (V)

Кислотный оксид Р 2 О 5 или фосфорный ангидрид, Физические свойства Белое гигроскопичное порошкообразное вещество. Хорошо растворимое в воде, образует несколько кислот. Используется как осушитель газов и жидкостей, отнимает воду у химических соединений.

Кислотный оксид Р 2 О 5 Химические свойства 1) с водой Р 2 О Н 2 О = 2Н 3 РО 4 (ортофосфорная кислота) Р 2 О 5 + Н 2 О = 2НРО 3 (метафосфорная кислота) Р 2 О Н 2 О = Н 4 Р 2 О 7 (пирофосфорная кислота)

Кислотный оксид Р 2 О 5 Химические свойства 2) с основными оксидами Р 2 О СаО = Са 3 (РО 4 ) 3 3) со щелочами Р 2 О Nа ОН = 2 Nа 3 РО Н 2 О

Ортофосфорная кислота Н 3 РО 4 Физические свойства Белые прозрачные кристаллы, не ядовита Кислота средней силы С водой смешивается в любых соотношениях. Тплав. = 42 0 С, плавиться без разложения, при умеренном нагревании разлагается. Окислительные свойства не проявляет (отличие от Н 2 SO 4 (конц.), НNO 3 ) Прокаливание приводит к частичной потере воды: Н 3 РО 4 = НРО 3 + Н 2 О

Ортофосфорная кислота Н 3 РО 4 Является трехосновной кислотой и образует три ряда солей: 1) средние соли, или фосфаты - Са 3 (РО 4 ) 3 - нерастворимы в воде, кроме фосфатов щелочных металлов 2) Кислые – дигидрофосфаты - Са(Н 2 РО 4 ) 2 - большинство хорошо растворимы в воде 3) Кислые – гидрофосфаты - СаНРО 4 малорастворимых в воде (кроме фосфатов натрия, калия и аммония), т.е. занимают промежуточное положение между фосфатами и дигидрофосфатами по растворимости. Вывод: с увеличением содержания атомов водорода в молекуле соли, ее растворимость повышается.

Ортофосфорная кислота Н 3 РО 4 Химические свойства Общие с другими кислотами 1) Водный раствор кислоты изменяет окраску индикаторов. Диссоциация происходит ступенчато: Н 3 РО 4 Н + + Н 2 РО 4 - Н 2 РО 4 - Н + + НРО 4 2- НРО 4 2- Н + + РО 4 3- Легче всего идет диссоциация по первой ступени и труднее всего по третьей. Лакмус приобретает красную окраску. 2) Реагирует с металлами, расположенными в электрохимическом ряду до водорода: 6Na + 2Н 3 РО 4 2Na 3 РО 4 + 3H 2 3) Реагирует с основными оксидами: 3CaO + 2Н 3 РО 4 Ca 3 (РО 4 ) 2 + 3H 2 O

4) Реагирует с основаниями и аммиаком; если кислота взята в избытке, то образуется кислая соль: H 3 PO 4 + 3NaOH Na 3 РО 4 + 3H 2 О H 3 PO 4 + 2NH 3 (NH 4 ) 2 HPO 4 избыток H 3 PO 4 + NaOH NaH 2 PO 4 + H 2 О избыток 5) Реагирует с солями слабых кислот: 2 H 3 PO 4 + 3Na 2 СО 3 2Na 3 РО 4 + 3СО 2 + 3H 2 О Ортофосфорная кислота Н 3 РО 4 Химические свойства

Качественная реакция на фосфат-ион РО 4 3- H 3 PO 4 + 3AgNO 3 Ag 3 PO 4 + 3HNO 3 РО Ag + = Ag 3 РО 4 (желтый фосфат серебра) Полученный осадок растворяется в сильных кислотах. По этому признаку его можно отличить от других нерастворимых солей серебра желтого цвета – AgI, AgBr AgCl – белого цвета

Получение Н 3 РО 4 1) Взаимодействием оксида фосфора (v) c водой при нагревании: Р 2 О 5 + 3H 2 О t 2H 3 PO 4 2) Взаимодействием природной соли – фосфата кальция с серной кислотой, при нагревании: Ca 3 (PO 4 ) 2 + 3H 2 SO 4 t 3CaSO H 3 PO 4

Получение ортофосфорной кислоты Получение ортофосфорной кислоты В лаборатории В промышленности В промышленности окисление фосфора 30%- ной азотной кислотой: 3P + 5NO 3 + 2H 2 O = 3H 3 PO 4 + 5NO Экстракционный метод Термический метод обработка измельченных природных фосфатов серной кислотой: 2P + 5H 2 SO 4 = 2H 3 PO 4 + 5SO 2 + 2H 2 O Ортофосфорная кислота затем отфильтровывается и концентрируется упариванием. Термический метод состоит в восстановлении природных фосфатов до свободного фосфора с последующим его сжиганием до Р 4 О 10 и растворением последнего в воде. Производимая по данному методу ортофосфорная кислота характеризуется более высокой чистотой и повышенной концентрацией (до 80%).

Соли фосфорной кислоты Na 3 PO 4 Ca 3 (PO 4 ) 2 Na 2 HPO 4 CaHPO 4 NaH 2 PO 4 Ca(H 2 PO 4 ) 2 фосфатыгидрофосфатыдигидрофосфаты средние соликислые соли PPMPНННН РО 4 3– ННН NH 4 + Be 2 + Li + K+K+ Na + Mg 2+ Ca 2+ Ba 2+ Al 3+ Zn 2+ Ag +

Применение фосфорной кислоты и фосфатов В пищевой промышленности как добавку к безалкогольным напиткам Фосфаты кальция входят в состав зубных паст, материалов для пломбирования зубов Фосфаты кальция входят в состав витаминных добавок для домашних животных Фосфаты натрия находят применение для защиты железных покрытий от коррозии, они входят в состав моющих и чистящих средств. Фосфаты натрия входят в состав огнеупорных красок. Производство минеральных удобрений Фосфорная кислота является катализатором в органическом синтезе

Спички Зажигательная поверхность спичечного коробка покрыта смесью красного фосфора и порошка стекла. В состав спичечной головки входят окислители (PbO 2, KСlO 3, BaCrO 4 ) и восстановители (S, Sb 2 S 3 ). При трении от зажигательной поверхности смесь, нанесенная на спичку, воспламеняется. Первые фосфорные спички – с головкой из белого фосфора – были созданы лишь 1827 г. 6P + 5KCLO 3 = 5KCL + 3P 2 O 5 Такие спички загорались при трении о любую поверхность, что нередко приводило к пожарам. Кроме того, белый фосфор очень ядовит. Описаны случаи отравления фосфорными спичками, как из-за неосторожного обращения, так и с целью самоубийства: для этого достаточно было съесть несколько спичечных головок. Вот почему на смену фосфорным спичкам пришли безопасные, которые верно служат нам и по сей день. Промышленное производство безопасных спичек началось в Швеции в 60-х гг. XIX века.

Минеральные удобрения Минеральные удобрения Название удобрения Химический состав Цвет и внешний вид Получение в промышленности и нахождение в природе 2.. Фосфорные удобрения 2.. Фосфорные удобрения Двойной суперфосфат Ca(H 2 PO 4 ) 2 H 2 O (40% P ) Сходен с простым суперфосфатом Производство осуществляется в две стадии: а)Са 3 (РО 4 ) 2 +ЗН 2 SО 4 > 2Н 3 РО 4 +ЗСаSО 4 СаSО 4 оседает, и его отделяют филь трованием: б)Са 3 (Р0 4 ) 2 +4Н 3 Р0 4 > ЗСа(Н 2 Р0 4 ) 2

Минеральные удобрения Минеральные удобрения Название удобрения Химический состав Цвет и внешний вид Получение в промышленности и нахождение в природе Дигидроорто фосфат аммония NH 4 H 2 PO 4 (с примесями) Белый(из-за примесей сероватый) кристаллический порошок Получают при взаимодействии ортофосфорной кислоты с аммиаком: NH 3 +H 3 P0 4 > NH 4 H 2 PO 4 Гидроортофос- фат аммония (NH 4 ) 2 HPO 4 c (NH 4 ) 2 S0 4 и другими примесями Такой же, как дигидроортофосфат аммония Получают аналогично дигидроортофосфату аммония: 2NH 3 +H 3 P0 4 > (NH 4 ) 2 HPO 4

Тест 1. Тип кристаллической решетки у белого фосфора…. а) молекулярный б) атомный в) ионный а) молекулярный Р4 2. У фосфора….. аллотропных модификаций а) двеб) три в) четыре г) пять в) четыре – белый, черный, красный, фиолетовый 3. В атоме фосфора неспаренных электронов -… а) триб) четырев) пять а) три 4. В реакции…. Фосфор проявляет восстановительные свойства а)4Р+5О 2 =2Р 2 О 5 б)2Р+3Mg=Mg 3 P 2 в)2Р+3Н 2 =2РН 3 а)4Р+5О 2 =2Р 2 О 5

Тест 5. Причина свечения белого фосфора…. а)изменение агрегатного состояния вещества б) химическое явление в) физическое явление б) химическое явление 6. Как называются соединения фосфора с металлами а) сульфаты б)фосфаты в) фосфиды в) фосфиды 7. Какой тип связи в молекуле фосфина РН 3 а) ковалентная неполярная б) ковалентная полярная в) ионная а) ковалентная неполярная 8) Красный или белый фосфор ядовит? а) красный б) белый б) белый 9) Очень ядовит, с неприятным запахом, легко воспламеняется на воздухе, образует болотные блуждающие огни. О каком газе идет речь? О фосфине РН 3

Ортофосфорная кислота и ее соли 1. Напишите уравнения реакций между ортофосфорной кислотой и следующими веществами: а) оксидом магния; б) карбонатом калия; в) нитратом серебра; г) сульфатом железа (II). 2. Составьте уравнения реакций между ортофосфорной кислотой и гидроксидом калия, в результате которых образуются 3 типа солей: средняя и две кислых. 3. Какая из кислот является более сильным окислителем: азотная или ортофосфорная? Ответ поясните. 4. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения: Р Р Н 3 Р0 4 Nа 3 Р0 4 Са 3 (Р0 4 ) 2 5. С помощью каких реакций можно осуществить следующие превращения: Р Са 3 Р 2 РН 3 Р 2 О 5 К 3 Р0 4 Са 3 (Р0 4 ) 2 Са(Н 2 Р0 4 ) 2 Напишите уравнения этих реакций. 6. Методом электронного баланса подберите коэф­фициенты в схемах следующих окислительно-восстанови­тельных реакций: а) РНз + О 2 Р 2 О 5 + Н 2 О б) Са 3 (РО 4 ) 2 + С + SiO 2 СаSiO 3 + Р + СО 7. Какую массу раствора с массовой долей фосфорной кислоты 40% можно получить из фосфорита массой 100 кг с массовой долей Са 3 (РО 4 ) 2 93%? 8. Из природного фосфорита массой 310 кг получили фосфорную кислоту массой 195 кг. Вычислите массовую долю Са 3 (РО 4 ) 2 в природном фосфорите. 9. Водный раствор, содержащий фосфорную кисло­ту массой 19,6 г, нейтрализовали гидроксидом кальция массой 18,5 г. Определите массу образовавшегося преципитата СаHРО 4 2Н 2 О. 10. Имеется раствор фосфорной кислоты массой 150 г (массовая доля Н 3 РО 4 24,5%). Рассчитайте объем аммиака (нормальные условия), который надо пропустить через раствор для получения дигидрофосфата аммония. 11. Какая соль образуется, если к раствору, содержащему Н 3 РО 4 массой 4,9 г, добавили гидроксид калия массой 2,8 г? Рассчитайте массовую долю соли в полученном растворе

Минеральные удобрения 1. Какие азотные и фосфорные удобрения вы знае­те? Составьте уравнения реакций их получения. Для чего необходим растениям азот и фосфор? 2. Определите массовую долю оксида фосфора (V) в преципитате СаНРО 4 2Н 2 О. 3. Массовая доля оксида фосфора (V) в суперфос­фате равна 20%. Определите массу суперфосфата, который надо ввести под плодовое дерево, если для нормального развития дерева требуется фосфор массой 15,5 г. 4. Массовая доля азота в удобрении составляет 14%. Весь азот входит в удобрение в составе мочевины СО(NН 2 ) 2. Вычислите массовую долю мочевины в этом удобрении. 5. В суперфосфате массовая доля оксида фосфора (V) составляет 25%. Рассчитайте, массовую долю Са(Н 2 РО 4 ) 2 в этом удобрении. 6. Рассчитайте массу сульфата аммония, который следует взять, чтобы внести в почву на площадь 5 га азот массой 2 т. Какая масса удобрения должна попасть на каж­дый квадратный метр почвы? 7. Вычислите массу нитрата аммония, который сле­дует внести на площадь в 100 га, если масса внесенного азота на площадь 1 га должна составлять 60 кг. 8. В почву под плодовое дерево необходимо ввести оксид фосфора (V) массой 0,4 кг. Какую массу суперфос­фата надо взять в этом случае, если массовая доля усвояе­мого оксида фосфора (V) в нем равна 20%? 9. Под плодовое дерево необходимо внести аммо­нийную селитру массой 140 г (массовая доля азота в селит­ре равна 35%). Определите массу сульфата аммония, с по­мощью которого можно внести то же количество азота.

Домашнее задание: П.28, 1-5

Список использованной литературы: 1. О.С.Габриелян. ХИМИЯ. Учебник для 9 класса общеобразовательных учреждений. – М., 17-е издание, Дрофа, 2013 г. 2. ХИМИЯ. Справочные материалы. Под ред. Ю.Д. Третьякова, - М., ПРОСВЕЩЕНИЕ, 1994 г. 3. ХИМИЯ. Справочник школьника, - М., 1995 г. 4. ХИМИЯ. Энциклопедия для детей. Том 17, АВАНТА, 2000 г. 5. Везер В.-Дж., Фосфор и его соединения, пер. с англ., - М., 1993 г. 6. Интернет: /