Страница 85 - гдз по химии 9 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

Часть II

1. Заполните схему «Области применения фосфора и его соединений».

$H_3PO_4$ (S)
Н2СО3И
$KH_2PO_4$
$Ca_3(PO_4)_2$

$P$

(А)
аммиак
фосфор (V) оксид (В)
фосфин
фосфаты

Степень окисления
-3
0
+3
+5

1.

Решение:

Схема иллюстрирует различные области применения фосфора (химический символ P) и его соединений. В центральном блоке находится фосфор, а четыре пустых блока вокруг него необходимо заполнить, указав ключевые сферы его использования.

Верхний блок: Производство спичек
Красный фосфор является неотъемлемым компонентом смеси, наносимой на боковую, «тёрочную» поверхность спичечного коробка. Головка спички содержит окислитель, например, бертолетову соль ($KClO_3$), и горючее вещество. При трении головки о тёрочную поверхность происходит локальный нагрев, вызывающий реакцию между красным фосфором и окислителем, что приводит к воспламенению спички. Также соединения фосфора применяются в пиротехнике.

Правый блок: Производство минеральных удобрений
Это наиболее крупномасштабная область применения соединений фосфора. Фосфор является одним из трёх основных макроэлементов (вместе с азотом и калием), жизненно необходимых для роста и развития растений. Он играет ключевую роль в процессах фотосинтеза, дыхания и передачи энергии в растительных клетках. Фосфорные удобрения, такие как простой суперфосфат $Ca(H_2PO_4)_2 \cdot H_2O$, двойной суперфосфат $Ca(H_2PO_4)_2$, аммофос ($NH_4H_2PO_4$ и $(NH_4)_2HPO_4$), получают в основном из природного сырья — апатитов и фосфоритов.

Нижний блок: Пищевая промышленность
Соединения фосфора, в частности ортофосфорная кислота ($H_3PO_4$) и её соли (фосфаты), разрешены к использованию в качестве пищевых добавок. Ортофосфорная кислота (добавка E338) применяется как регулятор кислотности во многих газированных напитках (например, в «Кока-коле»). Различные фосфаты (добавки E339-E341, E450-E452) используются в производстве плавленых сыров, колбасных изделий и мясных консервов в качестве эмульгаторов, стабилизаторов, разрыхлителей и влагоудерживающих агентов.

Левый блок: Металлургия
Фосфор находит применение в металлургической промышленности. Его используют для раскисления металлов (удаления из расплава растворенного кислорода) и для легирования сплавов с целью придания им особых свойств. Например, фосфористые бронзы (сплавы меди с оловом и фосфором) отличаются высокой прочностью, упругостью и коррозионной стойкостью. В производстве стали содержание фосфора строго контролируется, так как его избыток может придавать металлу хрупкость при низких температурах (хладноломкость).

Ответ: В пустые блоки схемы можно вписать следующие области применения: в верхний блок — Производство спичек; в правый блок — Производство минеральных удобрений; в нижний блок — Пищевая промышленность; в левый блок — Металлургия.

2. Составьте уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

$P \rightarrow P_2O_5 \rightarrow H_3PO_4 \rightarrow Ca(H_2PO_4)_2 \rightarrow CaHPO_4 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2$

1)

2)

3)

4)

5)

1) Для получения оксида фосфора(V) ($P_2O_5$) из простого вещества фосфора ($P$) необходимо провести реакцию горения фосфора в избытке кислорода ($O_2$). В ходе этой реакции фосфор окисляется, образуя оксид фосфора(V).
Ответ: $4P + 5O_2 \rightarrow 2P_2O_5$

2) Оксид фосфора(V) является кислотным оксидом, который активно реагирует с водой ($H_2O$). В результате этой реакции гидратации образуется ортофосфорная кислота ($H_3PO_4$).
Ответ: $P_2O_5 + 3H_2O \rightarrow 2H_3PO_4$

3) Ортофосфорная кислота является трехосновной, поэтому она может образовывать кислые соли. Для получения дигидрофосфата кальция ($Ca(H_2PO_4)_2$) нужно провести реакцию нейтрализации ортофосфорной кислоты гидроксидом кальция ($Ca(OH)_2$) в молярном соотношении 2:1.
Ответ: $2H_3PO_4 + Ca(OH)_2 \rightarrow Ca(H_2PO_4)_2 + 2H_2O$

4) Для превращения дигидрофосфата кальция в гидрофосфат кальция ($CaHPO_4$) необходимо продолжить нейтрализацию, добавив еще гидроксид кальция. В этой реакции кислая соль реагирует с основанием, образуя менее кислую соль и воду.
Ответ: $Ca(H_2PO_4)_2 + Ca(OH)_2 \rightarrow 2CaHPO_4 + 2H_2O$

5) Чтобы получить среднюю (нормальную) соль — фосфат кальция ($Ca_3(PO_4)_2$), нужно полностью нейтрализовать оставшиеся кислые протоны в гидрофосфате кальция. Это достигается реакцией с гидроксидом кальция.
Ответ: $2CaHPO_4 + Ca(OH)_2 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 + 2H_2O$

3. Используя дополнительные источники информации, дайте названия кислотам.

1) $H_3PO_3$

2) $HPO_3$

3) $H_3PO_4$

4) $H_4P_2O_7$

1) H₃PO₃
Для определения названия кислоты найдём степень окисления фосфора (P). Степень окисления водорода (H) равна +1, а кислорода (O) — -2. Молекула электронейтральна, поэтому сумма степеней окисления всех атомов равна нулю. Пусть степень окисления фосфора — $x$.
$3 \cdot (+1) + x + 3 \cdot (-2) = 0$
$3 + x - 6 = 0$
$x = +3$
Степень окисления фосфора в этой кислоте равна +3. Кислородсодержащие кислоты, в которых элемент находится в более низкой степени окисления, чем в основной кислоте, обычно имеют суффикс "-истая". Основной кислотой фосфора является фосфорная ($H_3PO_4$), где фосфор имеет степень окисления +5. Следовательно, кислота $H_3PO_3$ — фосфористая.
Ответ: фосфористая кислота.

2) HPO₃
Определим степень окисления фосфора (P) в кислоте $HPO_3$.
$1 \cdot (+1) + x + 3 \cdot (-2) = 0$
$1 + x - 6 = 0$
$x = +5$
Степень окисления фосфора +5, такая же, как и в ортофосфорной кислоте ($H_3PO_4$). Кислота $HPO_3$ формально получается из ортофосфорной кислоты путем отщепления одной молекулы воды: $H_3PO_4 - H_2O \rightarrow HPO_3$. Такие кислоты называют "мета"-кислотами. Поэтому $HPO_3$ — это метафосфорная кислота. В действительности она существует в виде полимеров $(HPO_3)_n$.
Ответ: метафосфорная кислота.

3) H₃PO₄
Определим степень окисления фосфора (P) в кислоте $H_3PO_4$.
$3 \cdot (+1) + x + 4 \cdot (-2) = 0$
$3 + x - 8 = 0$
$x = +5$
Это наиболее распространенная и устойчивая кислородсодержащая кислота фосфора, в которой фосфор проявляет свою высшую степень окисления +5. Её называют фосфорной кислотой. Для уточнения её состава и отличения от других кислот фосфора (мета- и пиро-) её также называют ортофосфорной кислотой (приставка "орто-" указывает на наиболее гидратированную форму), но часто приставку "орто-" опускают.
Ответ: ортофосфорная кислота (или фосфорная кислота).

4) H₄P₂O₇
Определим степень окисления фосфора (P) в кислоте $H_4P_2O_7$.
$4 \cdot (+1) + 2 \cdot x + 7 \cdot (-2) = 0$
$4 + 2x - 14 = 0$
$2x = 10$
$x = +5$
Степень окисления фосфора также равна +5. Эта кислота образуется при конденсации двух молекул ортофосфорной кислоты с отщеплением одной молекулы воды: $2H_3PO_4 \rightarrow H_4P_2O_7 + H_2O$. Кислоты, полученные таким способом, носят приставку "пиро-". Следовательно, это пирофосфорная кислота. Также её называют дифосфорной кислотой, так как её молекула содержит два атома фосфора.
Ответ: пирофосфорная кислота (или дифосфорная кислота).