Номер 3, страница 103 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

3. Охарактеризуйте получение, свойства и применение красного фосфора. Ответ подтвердите уравнениями соответствующих реакций.

Получение

Красный фосфор является одной из аллотропных модификаций фосфора. В промышленности его получают путем длительного нагревания белого фосфора без доступа воздуха (в инертной атмосфере, например, азота или углекислого газа) при температуре $250–300^\circ\text{C}$ в герметичных чугунных аппаратах. Этот процесс представляет собой полимеризацию молекул белого фосфора ($P_4$).

Уравнение реакции перехода белого фосфора в красный:

$P_4 \text{ (белый)} \xrightarrow{250-300^\circ C, \text{без O}_2} (P)_n \text{ (красный)}$

Полученный продукт обычно содержит примесь непрореагировавшего белого фосфора, от которого его очищают обработкой паром или промывкой сероуглеродом ($CS_2$), в котором растворяется белый фосфор, но не растворяется красный.

Ответ: Красный фосфор получают нагреванием белого фосфора при $250–300^\circ\text{C}$ в инертной атмосфере: $P_4 \text{ (белый)} \rightarrow (P)_n \text{ (красный)}$.

Свойства

Физические свойства: Красный фосфор – это порошок от темно-красного до фиолетового цвета. Он нерастворим в воде и органических растворителях (например, в сероуглероде), не ядовит, не имеет запаха и не светится в темноте, в отличие от белого фосфора. При нагревании до $416–420^\circ\text{C}$ под давлением он сублимирует (возгоняется), а при охлаждении паров образуется преимущественно белый фосфор.

Химические свойства: Красный фосфор химически менее активен, чем белый. Он воспламеняется на воздухе только при температуре выше $260^\circ\text{C}$.

• Взаимодействие с кислородом (горение): при поджигании горит с образованием оксида фосфора(V).

  $4P + 5O_2 \xrightarrow{t} 2P_2O_5$

• Взаимодействие с галогенами: при нагревании реагирует с галогенами, образуя галогениды фосфора. В зависимости от соотношения реагентов могут образовываться трех- или пятивалентные соединения.

  $2P + 3Cl_2 \xrightarrow{t} 2PCl_3$

  $2P + 5Cl_2 \xrightarrow{t} 2PCl_5$

• Взаимодействие с сильными окислителями: реагирует со взрывом при трении или ударе с сильными окислителями, такими как бертолетова соль ($KClO_3$) или калиевая селитра ($KNO_3$).

  $6P + 5KClO_3 \rightarrow 3P_2O_5 + 5KCl$

• Взаимодействие с металлами: при нагревании реагирует с активными металлами, образуя фосфиды.

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

• Взаимодействие с неметаллами: при нагревании реагирует с серой, образуя сульфиды фосфора.

  $2P + 3S \xrightarrow{t} P_2S_3$

В отличие от белого фосфора, красный фосфор не реагирует с растворами щелочей.

Ответ: Красный фосфор — это неядовитый, нерастворимый в воде и $CS_2$ порошок, менее активный, чем белый фосфор. Он реагирует при нагревании с кислородом ($4P + 5O_2 \rightarrow 2P_2O_5$), галогенами ($2P + 3Cl_2 \rightarrow 2PCl_3$), активными металлами ($2P + 3Ca \rightarrow Ca_3P_2$) и сильными окислителями ($6P + 5KClO_3 \rightarrow 3P_2O_5 + 5KCl$).

Применение

Благодаря своим свойствам, в частности горючести при трении в смеси с окислителями и относительной безопасности, красный фосфор находит широкое применение.

• Производство спичек. Красный фосфор является основным компонентом намазки на коробке безопасных спичек. В состав намазки также входят наполнители (оксид железа(III), диоксид марганца(IV)) и клей. При трении головки спички (содержащей бертолетову соль $KClO_3$ и серу) о намазку происходит воспламенение.

  Упрощенная схема реакции при трении:

  $6P + 5KClO_3 \xrightarrow{\text{трение}} 3P_2O_5 + 5KCl$

• Пиротехника. Используется в составе зажигательных и дымовых смесей, так как при горении образует густой белый дым оксида фосфора(V).

• Химическая промышленность. Служит сырьем для получения фосфорной кислоты, ее солей (фосфатов), а также других соединений фосфора, например, хлоридов фосфора, которые используются в органическом синтезе.

  $P_2O_5 + 3H_2O \rightarrow 2H_3PO_4$

• Производство антипиренов. Красный фосфор добавляют в полимерные материалы (пластмассы, каучуки) для придания им огнестойкости.

• Металлургия. Применяется в качестве раскислителя при производстве некоторых металлов и сплавов (например, фосфористой бронзы).

Ответ: Красный фосфор применяется в производстве спичек (в составе намазки на коробке, $6P + 5KClO_3 \rightarrow 3P_2O_5 + 5KCl$), в пиротехнике, как сырье для получения фосфорной кислоты и других соединений фосфора, а также в качестве антипирена и в металлургии.