Страница 82 - гдз по химии 9 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

Часть I

1. Заполните схему «Строение атома фосфора и его окисли-тельно-восстановительные свойства».

$ {}^{15}\text{P} \Box \text{e}^{-}, \Box \text{e}^{-}, \Box \text{e}^{-} $

$ + \Box \text{e}^{-} $

свойства

$ - \Box \text{e}^{-} $

свойства

Решение

Для заполнения схемы необходимо определить электронное строение атома фосфора и его способность принимать или отдавать электроны.

1. Строение атома фосфора
Фосфор (P) — элемент 15-й группы, 3-го периода, с порядковым номером 15.
- Порядковый номер указывает на то, что заряд ядра атома фосфора равен +15, а общее число электронов — 15.
- Электроны распределены по трем энергетическим уровням (слоям):
- на первом слое: 2 электрона ($1s^2$);
- на втором слое: 8 электронов ($2s^2 2p^6$);
- на третьем (внешнем) слое: 5 электронов ($3s^2 3p^3$).
Таким образом, в верхней строке схемы следует вписать числа электронов по слоям: $2, 8, 5$.
${}_{15}P \ 2\bar{e}, 8\bar{e}, 5\bar{e}$

2. Окислительно-восстановительные свойства
Наличие 5 электронов на внешнем слое определяет двойственный характер окислительно-восстановительных свойств фосфора.

Левая ветвь (процесс восстановления):
Атом фосфора может принять электроны для завершения своего внешнего слоя до стабильного состояния в 8 электронов. Для этого ему необходимо принять $8 - 5 = 3$ электрона. Процесс присоединения электронов является восстановлением. Атом, принимающий электроны, является окислителем. Следовательно, фосфор проявляет окислительные свойства.
Схема процесса: $P^0 + 3\bar{e} \rightarrow P^{-3}$.
Поэтому в квадрат рядом со знаком "+" вписываем цифру 3, а в поле "свойства" — слово "окислительные".

Правая ветвь (процесс окисления):
Атом фосфора может отдавать электроны со своего внешнего слоя. Максимально он может отдать все 5 валентных электронов. Процесс отдачи электронов является окислением. Атом, отдающий электроны, является восстановителем. Следовательно, фосфор проявляет восстановительные свойства.
Схема процесса: $P^0 - 5\bar{e} \rightarrow P^{+5}$.
Поэтому в квадрат рядом со знаком "-" вписываем цифру 5, а в поле "свойства" — слово "восстановительные".

Ответ:
Заполненная схема:
Верхняя строка: ${}_{15}P \ 2\bar{e}, 8\bar{e}, 5\bar{e}$.
Левая ветвь: $+ 3\bar{e}$, свойства окислительные.
Правая ветвь: $- 5\bar{e}$, свойства восстановительные.

2. Заполните схему.

Аллотропные модификации фосфора

а) ________ [ ] [ ] [ ] [ ] [ ]

б) ________ [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ]

Физические свойства аллотропных модификаций фосфора:

а) ____________________________________________________________________

б) ____________________________________________________________________

Условия перехода белого фосфора в красный:

____________________________________________________________________

а) Белый

Ответ: Белый.

б) Красный

Ответ: Красный.

Физические свойства аллотропных модификаций фосфора:

а) Белый фосфор – это воскообразное, очень мягкое (легко режется ножом) кристаллическое вещество белого цвета. На воздухе он медленно окисляется и приобретает желтоватый оттенок, из-за чего его также называют желтым фосфором. Имеет характерный резкий запах, напоминающий чеснок. Его кристаллическая решетка – молекулярная, в узлах которой находятся тетраэдрические молекулы состава $P_4$. Белый фосфор нерастворим в воде, но хорошо растворяется в органических растворителях, таких как сероуглерод ($CS_2$), бензол, жидкий аммиак. Он чрезвычайно ядовит (смертельная доза для взрослого человека составляет около 0,1 г). Одна из его самых известных особенностей – способность светиться в темноте (хемолюминесценция) в результате медленного окисления кислородом воздуха. Температура плавления – 44,1 °C, температура кипения – 280,5 °C. Плотность – 1,82 г/см³.

Ответ: Белый фосфор – ядовитое, воскообразное вещество белого цвета с молекулярной кристаллической решеткой ($P_4$), растворимое в сероуглероде, светится в темноте, плавится при 44,1 °C.

б) Красный фосфор – это порошкообразное вещество, цвет которого варьируется от темно-красного до фиолетового, не имеющее запаха. В отличие от белого фосфора, он имеет сложное полимерное строение, где атомы фосфора соединены в длинные цепи, образуя аморфную структуру. Красный фосфор нерастворим ни в воде, ни в сероуглероде, ни в других органических растворителях. Важным отличием является его нетоксичность. Он не светится в темноте и химически гораздо менее активен, чем белый фосфор. При нормальном атмосферном давлении красный фосфор не плавится, а при нагревании до температуры около 416-420 °C он сублимирует (возгоняется), то есть переходит из твердого состояния сразу в газообразное. Пары фосфора при охлаждении конденсируются, образуя преимущественно белый фосфор. Плотность красного фосфора значительно выше, чем у белого, и составляет около 2,34 г/см³.

Ответ: Красный фосфор – неядовитый порошок красного цвета с полимерным строением, нерастворимый в воде и сероуглероде, не светится в темноте, при нагревании сублимирует, не плавясь.

Условия перехода белого фосфора в красный:

Переход белого фосфора в красный является полиморфным превращением. Белый фосфор – термодинамически неустойчивая модификация, которая самопроизвольно переходит в более стабильную красную форму. При комнатной температуре этот процесс идет крайне медленно, но его скорость значительно возрастает при нагревании. Для осуществления перехода белый фосфор нагревают в герметичном сосуде без доступа воздуха (в вакууме или в атмосфере инертного газа, например, азота или диоксида углерода, чтобы предотвратить его самовоспламенение) до температуры 250–300 °C и выдерживают в течение нескольких часов. Процесс превращения является экзотермическим, то есть протекает с выделением тепла. Скорость перехода можно дополнительно увеличить, используя катализаторы (например, небольшие количества иода) или воздействуя высоким давлением.

Ответ: Нагревание белого фосфора до температуры 250–300 °C в течение длительного времени без доступа воздуха (в инертной атмосфере или вакууме).

3. Химические свойства фосфора.

1) ____ свойства

a) Реагирует с кислородом:

$P + O_2 = \text{______}$

$\boxed{\uparrow e^-}$

б) Реагирует с галогенами:

$P + Cl_2 \rightarrow \text{______}$

$\boxed{\downarrow e^-}$

в) Реагирует со сложными веществами:

$P + HNO_3 = \text{______} + \text{______}$

Составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель, процессы окисления и восстановления.

2) ____ свойства

Реагирует с металлами:

$P + Mg = \text{______}$

$\boxed{\downarrow e^-}$

Продукты взаимодействия — ____.

Фосфиды щелочных и щелочноземельных металлов легко разлагаются водой (а), при этом образуется ____ (б):

a) ____________________

б) ____________________

1) Восстановительные свойства

а) Реагирует с кислородом:

Фосфор сгорает в избытке кислорода с образованием оксида фосфора(V). В этой реакции фосфор является восстановителем, он отдает электроны.

Уравнение реакции: $4P + 5O_2 = 2P_2O_5$

Атом фосфора отдает 5 электронов, переходя из степени окисления 0 в +5: $P^0 - 5\bar{e} \rightarrow P^{+5}$

Ответ: $4P + 5O_2 = 2P_2O_5$. В рамке, обозначающей число электронов, следует вписать "5".

б) Реагирует с галогенами:

Фосфор реагирует с галогенами, например, с хлором. В зависимости от условий могут образовываться хлорид фосфора(III) или хлорид фосфора(V). В контексте сильных окислителей (как в пунктах а и в) более вероятным продуктом является хлорид фосфора(V).

Уравнение реакции: $2P + 5Cl_2 = 2PCl_5$

Атом фосфора отдает 5 электронов, переходя из степени окисления 0 в +5: $P^0 - 5\bar{e} \rightarrow P^{+5}$

Ответ: $2P + 5Cl_2 = 2PCl_5$. В рамке следует вписать "5".

в) Реагирует со сложными веществами:

Фосфор реагирует с сильными кислотами-окислителями, такими как концентрированная азотная кислота. Фосфор окисляется до ортофосфорной кислоты, а азот восстанавливается.

Уравнение реакции: $P + 5HNO_3(\text{конц.}) = H_3PO_4 + 5NO_2\uparrow + H_2O$

Составление электронного баланса:

$P^0 - 5\bar{e} \rightarrow P^{+5} \quad | \quad 1 \quad$ (процесс окисления)

$N^{+5} + 1\bar{e} \rightarrow N^{+4} \quad | \quad 5 \quad$ (процесс восстановления)

P (в степени окисления 0) — восстановитель.

$HNO_3$ (за счет N в степени окисления +5) — окислитель.

Ответ: $P + 5HNO_3 = H_3PO_4 + 5NO_2 + H_2O$. Восстановитель - P (фосфор), окислитель - $HNO_3$ (азотная кислота). Процесс окисления: $P^0 - 5\bar{e} \rightarrow P^{+5}$. Процесс восстановления: $N^{+5} + 1\bar{e} \rightarrow N^{+4}$.

2) Окислительные свойства

Реагирует с металлами:

При взаимодействии с активными металлами фосфор проявляет окислительные свойства, принимая электроны и образуя фосфиды.

Уравнение реакции с магнием: $2P + 3Mg = Mg_3P_2$

Атом фосфора принимает 3 электрона, переходя из степени окисления 0 в -3: $P^0 + 3\bar{e} \rightarrow P^{-3}$

Ответ: $2P + 3Mg = Mg_3P_2$. В рамке, обозначающей число электронов, следует вписать "3".

Продукты взаимодействия — фосфиды.

Фосфиды щелочных и щелочноземельных металлов легко разлагаются водой (гидролизуются), при этом образуются два продукта: гидроксид металла и газообразный фосфин. Слово, которое нужно вписать в пустые клетки — фосфин.

Ниже приведены продукты этой реакции:

а)

Гидроксид металла (основание). Например, при гидролизе фосфида магния образуется гидроксид магния: $Mg_3P_2 + 6H_2O \rightarrow 3Mg(OH)_2 + 2PH_3\uparrow$.

Ответ: гидроксид металла.

б)

Фосфин — газообразное соединение фосфора с водородом, имеющее формулу $PH_3$.

Ответ: фосфин ($PH_3$).