Номер 249, страница 218 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.249. Серый порошок, полученный спеканием кальция с фосфором в электропечи, внесли в соляную кислоту. Выделившийся газ пропустили через концентрированную азотную кислоту. В образовавшийся бесцветный раствор внесли карбонат натрия до прекращения выделения газа, а затем нитрат кальция. Запишите уравнения всех упомянутых реакций.

Решение

В задаче описана последовательность химических превращений. Запишем уравнения для каждой стадии.

1. Спекание кальция с фосфором.

При нагревании в электропечи кальций, активный металл, реагирует с фосфором с образованием фосфида кальция. Это серый порошок.

$3Ca + 2P \xrightarrow{t^\circ} Ca_3P_2$

2. Реакция фосфида кальция с соляной кислотой.

Фосфид кальция, как и фосфиды других активных металлов, легко гидролизуется водой и кислотами с выделением фосфина ($PH_3$). При реакции с соляной кислотой образуется также хлорид кальция.

$Ca_3P_2 + 6HCl \rightarrow 3CaCl_2 + 2PH_3\uparrow$

3. Окисление фосфина концентрированной азотной кислотой.

Выделившийся газ фосфин ($PH_3$) является сильным восстановителем. Его пропускают через концентрированную азотную кислоту, которая является сильным окислителем. Происходит окислительно-восстановительная реакция, в результате которой фосфор окисляется до высшей степени окисления +5 (образуя ортофосфорную кислоту), а азот восстанавливается из +5 до +4 (образуя диоксид азота).

$PH_3 + 8HNO_3(\text{конц.}) \rightarrow H_3PO_4 + 8NO_2\uparrow + 4H_2O$

4. Нейтрализация кислот карбонатом натрия.

В получившийся бесцветный раствор, содержащий ортофосфорную кислоту, добавляют карбонат натрия. Как правило, для полного окисления исходного вещества окислитель (в данном случае $HNO_3$) берут в избытке. Поэтому в растворе присутствуют две кислоты: $H_3PO_4$ и избыточная $HNO_3$. Обе кислоты реагируют с карбонатом натрия с выделением углекислого газа до полной нейтрализации. Образуются соответствующие средние соли.

Реакция с ортофосфорной кислотой:

$2H_3PO_4 + 3Na_2CO_3 \rightarrow 2Na_3PO_4 + 3H_2O + 3CO_2\uparrow$

Реакция с избытком азотной кислоты:

$2HNO_3 + Na_2CO_3 \rightarrow 2NaNO_3 + H_2O + CO_2\uparrow$

5. Реакция с нитратом кальция.

После нейтрализации раствор содержит фосфат натрия ($Na_3PO_4$) и нитрат натрия ($NaNO_3$). При добавлении нитрата кальция ($Ca(NO_3)_2$) ионы кальция $Ca^{2+}$ реагируют с фосфат-ионами $PO_4^{3-}$ с образованием нерастворимого в воде осадка фосфата кальция.

$2Na_3PO_4 + 3Ca(NO_3)_2 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2\downarrow + 6NaNO_3$

Ответ:

$3Ca + 2P \xrightarrow{t^\circ} Ca_3P_2$

$Ca_3P_2 + 6HCl \rightarrow 3CaCl_2 + 2PH_3\uparrow$

$PH_3 + 8HNO_3(\text{конц.}) \rightarrow H_3PO_4 + 8NO_2\uparrow + 4H_2O$

$2H_3PO_4 + 3Na_2CO_3 \rightarrow 2Na_3PO_4 + 3H_2O + 3CO_2\uparrow$

$2HNO_3 + Na_2CO_3 \rightarrow 2NaNO_3 + H_2O + CO_2\uparrow$

$2Na_3PO_4 + 3Ca(NO_3)_2 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2\downarrow + 6NaNO_3$