Номер 4, страница 103 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

4. Запишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

$P \rightarrow Ca_3P_2 \rightarrow PH_3 \rightarrow P_2O_5 \rightarrow H_3PO_4 \rightarrow K_3PO_4 \rightarrow Ag_3PO_4$

Для реакций, протекающих в растворах, запишите ионные уравнения. В уравнениях окислительно-восстановительных реакций расставьте коэффициенты методом электронного баланса, укажите окислители и восстановители.

P → Ca₃P₂

Для получения фосфида кальция из фосфора необходимо провести реакцию прямого соединения фосфора с кальцием при нагревании. Эта реакция является окислительно-восстановительной.

Молекулярное уравнение реакции:

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

Для расстановки коэффициентов используем метод электронного баланса. Определим степени окисления элементов, которые их изменяют:

$P^0$ (в простом веществе) переходит в $P^{-3}$ (в фосфиде).

$Ca^0$ (в простом веществе) переходит в $Ca^{+2}$ (в фосфиде).

Составим электронный баланс:

$ \begin{aligned} P^0 + 3e^- & \rightarrow P^{-3} & | & \ 2 \quad \text{(окислитель, процесс восстановления)} \\ Ca^0 - 2e^- & \rightarrow Ca^{+2} & | & \ 3 \quad \text{(восстановитель, процесс окисления)} \end{aligned} $

Фосфор ($P$) является окислителем, так как принимает электроны. Кальций ($Ca$) является восстановителем, так как отдает электроны.

Ответ: $2P + 3Ca \xrightarrow{t} Ca_3P_2$; окислитель - $P$, восстановитель - $Ca$.

Ca₃P₂ → PH₃

Фосфид кальция, как и другие фосфиды активных металлов, разлагается водой или кислотами с образованием фосфина ($PH_3$). Для написания ионного уравнения лучше использовать реакцию с сильной кислотой, например, соляной ($HCl$).

Молекулярное уравнение реакции:

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

Эта реакция протекает в растворе и является реакцией ионного обмена. Фосфин выделяется в виде газа. Составим ионные уравнения.

Полное ионное уравнение (учитывая, что $Ca_3P_2$ - твердое вещество, $HCl$ - сильная кислота, $CaCl_2$ - растворимая соль):

$Ca_3P_2(тв) + 6H^+ + 6Cl^- \rightarrow 3Ca^{2+} + 6Cl^- + 2PH_3\uparrow$

Сокращенное ионное уравнение (после исключения ионов-наблюдателей $Cl^-$):

$Ca_3P_2(тв) + 6H^+ \rightarrow 3Ca^{2+} + 2PH_3\uparrow$

Ответ: Молекулярное уравнение: $Ca_3P_2 + 6HCl \rightarrow 3CaCl_2 + 2PH_3\uparrow$. Сокращенное ионное уравнение: $Ca_3P_2(тв) + 6H^+ \rightarrow 3Ca^{2+} + 2PH_3\uparrow$.

PH₃ → P₂O₅

Оксид фосфора(V) можно получить при сжигании фосфина в избытке кислорода. Это окислительно-восстановительная реакция.

Молекулярное уравнение реакции:

$2PH_3 + 4O_2 \xrightarrow{t} P_2O_5 + 3H_2O$

Определим степени окисления изменяющихся элементов: $P^{-3}$ (в фосфине) переходит в $P^{+5}$ (в оксиде), а $O_2^0$ (в кислороде) переходит в $O^{-2}$ (в оксиде и воде).

Составим электронный баланс:

$ \begin{aligned} P^{-3} - 8e^- & \rightarrow P^{+5} & | & \ 1 \times 2 = 2 \quad \text{(восстановитель, процесс окисления)} \\ O_2^0 + 4e^- & \rightarrow 2O^{-2} & | & \ 2 \times 2 = 4 \quad \text{(окислитель, процесс восстановления)} \end{aligned} $

Из баланса следует, что на 2 атома фосфора требуется 4 молекулы кислорода. Это соответствует коэффициентам в уравнении. Фосфин ($PH_3$) является восстановителем (за счет $P^{-3}$), а кислород ($O_2$) - окислителем.

Ответ: $2PH_3 + 4O_2 \xrightarrow{t} P_2O_5 + 3H_2O$; окислитель - $O_2$, восстановитель - $PH_3$.

P₂O₅ → H₃PO₄

Оксид фосфора(V) является кислотным оксидом и при взаимодействии с водой образует ортофосфорную кислоту. Это реакция соединения.

Молекулярное уравнение реакции:

$P_2O_5 + 3H_2O \rightarrow 2H_3PO_4$

Реакция не является окислительно-восстановительной. Ортофосфорная кислота является слабым электролитом, поэтому в ионных уравнениях ее принято записывать в молекулярной форме. Следовательно, для данной реакции ионное уравнение не составляется.

Ответ: $P_2O_5 + 3H_2O \rightarrow 2H_3PO_4$.

H₃PO₄ → K₃PO₄

Для получения средней соли, ортофосфата калия ($K_3PO_4$), необходимо провести реакцию нейтрализации ортофосфорной кислоты избытком сильного основания, например, гидроксида калия ($KOH$).

Молекулярное уравнение реакции:

$H_3PO_4 + 3KOH \rightarrow K_3PO_4 + 3H_2O$

Реакция протекает в растворе. Запишем ионные уравнения, учитывая, что $H_3PO_4$ - слабая кислота, $KOH$ - сильное основание, $K_3PO_4$ - растворимая соль.

Полное ионное уравнение:

$H_3PO_4 + 3K^+ + 3OH^- \rightarrow 3K^+ + PO_4^{3-} + 3H_2O$

Сокращенное ионное уравнение (после исключения ионов-наблюдателей $K^+$):

$H_3PO_4 + 3OH^- \rightarrow PO_4^{3-} + 3H_2O$

Ответ: Молекулярное уравнение: $H_3PO_4 + 3KOH \rightarrow K_3PO_4 + 3H_2O$. Сокращенное ионное уравнение: $H_3PO_4 + 3OH^- \rightarrow PO_4^{3-} + 3H_2O$.

K₃PO₄ → Ag₃PO₄

Ортофосфат серебра ($Ag_3PO_4$) является нерастворимым в воде веществом желтого цвета. Его можно получить реакцией ионного обмена, добавив к раствору ортофосфата калия раствор растворимой соли серебра, например, нитрата серебра ($AgNO_3$).

Молекулярное уравнение реакции:

$K_3PO_4 + 3AgNO_3 \rightarrow Ag_3PO_4\downarrow + 3KNO_3$

Реакция протекает в растворе с образованием осадка. Запишем ионные уравнения, учитывая, что все исходные соли и нитрат калия растворимы.

Полное ионное уравнение:

$3K^+ + PO_4^{3-} + 3Ag^+ + 3NO_3^- \rightarrow Ag_3PO_4\downarrow + 3K^+ + 3NO_3^-$

Сокращенное ионное уравнение (после исключения ионов-наблюдателей $K^+$ и $NO_3^-$):

$3Ag^+ + PO_4^{3-} \rightarrow Ag_3PO_4\downarrow$

Ответ: Молекулярное уравнение: $K_3PO_4 + 3AgNO_3 \rightarrow Ag_3PO_4\downarrow + 3KNO_3$. Сокращенное ионное уравнение: $3Ag^+ + PO_4^{3-} \rightarrow Ag_3PO_4\downarrow$.