Номер 39, страница 80 - гдз по химии 9 класс сборник задач и упражнений Габриелян, Тригубчак

Упражнения и задачи для самостоятельного решения. 8. Азот, фосфор и их соединения - номер 39, страница 80.

Условие.

39. Напишите уравнения реакций, соответствующих следующим превращениям:

а) фосфат кальция → фосфор → фосфид кальция → фосфин → пентаоксид фосфора → фосфорная кислота → дигидрофосфат кальция

б) фосфат кальция → A → B → C → D → E → фосфат кальция (все вещества содержат фосфор; в схеме три ОВР подряд)

в) фосфид кальция (+ соляная кислота) → A (+ кислород) → B (+ гидроксид натрия в недостатке) → C (+ гидроксид натрия в избытке) → D (+ гидроксид кальция) → E$\downarrow$

Решение.

Решение 2.

а) 1. Получение фосфора из фосфата кальция (фосфорита) в промышленности проводят путем его восстановления углем (коксом) в присутствии диоксида кремния (песка) при высокой температуре. Это окислительно-восстановительная реакция.

$Ca_3(PO_4)_2 + 3SiO_2 + 5C \xrightarrow{t} 3CaSiO_3 + 5CO\uparrow + 2P$

2. Фосфор непосредственно реагирует с активными металлами, такими как кальций, при нагревании, образуя фосфиды.

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

3. Фосфид кальция, как фосфид активного металла, подвергается гидролизу (взаимодействует с водой) с образованием гидроксида кальция и выделением газообразного фосфина.

$Ca_3P_2 + 6H_2O \rightarrow 3Ca(OH)_2 + 2PH_3\uparrow$

4. Фосфин горит в избытке кислорода, окисляясь до высшего оксида фосфора(V). В молекулярной форме оксид фосфора(V) имеет формулу $P_4O_{10}$.

$4PH_3 + 8O_2 \xrightarrow{t} P_4O_{10} + 6H_2O$

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

$P_4O_{10} + 6H_2O \rightarrow 4H_3PO_4$

6. Для получения кислой соли, дигидрофосфата кальция, необходимо, чтобы фосфорная кислота была в избытке по отношению к основанию, например, гидроксиду кальция.

$2H_3PO_4 + Ca(OH)_2 \rightarrow Ca(H_2PO_4)_2 + 2H_2O$

Ответ:

$Ca_3(PO_4)_2 + 3SiO_2 + 5C \xrightarrow{t} 3CaSiO_3 + 5CO\uparrow + 2P$

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

$Ca_3P_2 + 6H_2O \rightarrow 3Ca(OH)_2 + 2PH_3\uparrow$

$4PH_3 + 8O_2 \xrightarrow{t} P_4O_{10} + 6H_2O$

$P_4O_{10} + 6H_2O \rightarrow 4H_3PO_4$

$2H_3PO_4 + Ca(OH)_2 \rightarrow Ca(H_2PO_4)_2 + 2H_2O$

б) Для выполнения условий (все вещества содержат фосфор, три ОВР подряд) можно предложить следующую схему. Исходное вещество - фосфат кальция ($Ca_3(PO_4)_2$), где фосфор имеет степень окисления +5.

1. $Ca_3(PO_4)_2 \rightarrow A$: Восстановление фосфата кальция до простого вещества фосфора. Это первая ОВР (P$^{+5}$ → P$^0$). Вещество А - фосфор (P).

$Ca_3(PO_4)_2 + 3SiO_2 + 5C \xrightarrow{t} 3CaSiO_3 + 5CO\uparrow + 2P$

2. $A \rightarrow B$: Окисление фосфора хлором до трихлорида фосфора. Это вторая ОВР (P$^0$ → P$^{+3}$). Вещество B - трихлорид фосфора ($PCl_3$).

$2P + 3Cl_2 \text{ (недостаток)} \rightarrow 2PCl_3$

3. $B \rightarrow C$: Дальнейшее окисление трихлорида фосфора хлором до пентахлорида фосфора. Это третья ОВР (P$^{+3}$ → P$^{+5}$). Вещество C - пентахлорид фосфора ($PCl_5$).

$PCl_3 + Cl_2 \rightarrow PCl_5$

4. $C \rightarrow D$: Гидролиз пентахлорида фосфора с образованием фосфорной кислоты. Реакция не является ОВР (P$^{+5}$ → P$^{+5}$). Вещество D - фосфорная кислота ($H_3PO_4$).

$PCl_5 + 4H_2O \rightarrow H_3PO_4 + 5HCl$

5. $D \rightarrow E$: Частичная нейтрализация фосфорной кислоты гидроксидом кальция с образованием кислой соли - гидрофосфата кальция. Реакция не является ОВР. Вещество E - гидрофосфат кальция ($CaHPO_4$).

$H_3PO_4 + Ca(OH)_2 \rightarrow CaHPO_4\downarrow + 2H_2O$

6. $E \rightarrow Ca_3(PO_4)_2$: Превращение кислой соли в среднюю при реакции с основанием. Реакция не является ОВР.

$2CaHPO_4 + Ca(OH)_2 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2\downarrow + 2H_2O$

Ответ:

$Ca_3(PO_4)_2 + 3SiO_2 + 5C \xrightarrow{t} 3CaSiO_3 + 5CO\uparrow + 2P$

$2P + 3Cl_2 \rightarrow 2PCl_3$

$PCl_3 + Cl_2 \rightarrow PCl_5$

$PCl_5 + 4H_2O \rightarrow H_3PO_4 + 5HCl$

$H_3PO_4 + Ca(OH)_2 \rightarrow CaHPO_4\downarrow + 2H_2O$

$2CaHPO_4 + Ca(OH)_2 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2\downarrow + 2H_2O$

в) 1. Фосфид кальция реагирует с соляной кислотой с образованием хлорида кальция и фосфина (A).

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

Вещество А - $PH_3$ (фосфин).

2. Окисление фосфина кислородом приводит к образованию фосфорной кислоты (B).

$PH_3 + 2O_2 \rightarrow H_3PO_4$

Вещество B - $H_3PO_4$ (фосфорная кислота).

3. Фосфорная кислота, будучи трехосновной, при реакции с недостатком щелочи (NaOH) образует кислую соль, в данном случае дигидрофосфат натрия (C).

$H_3PO_4 + NaOH \rightarrow NaH_2PO_4 + H_2O$

Вещество C - $NaH_2PO_4$ (дигидрофосфат натрия).

4. Дигидрофосфат натрия реагирует с избытком гидроксида натрия, при этом происходит полная нейтрализация с образованием средней соли - фосфата натрия (D).

$NaH_2PO_4 + 2NaOH \rightarrow Na_3PO_4 + 2H_2O$

Вещество D - $Na_3PO_4$ (фосфат натрия).

5. Растворимая соль фосфат натрия реагирует с гидроксидом кальция, образуя нерастворимый осадок фосфата кальция (E).

$2Na_3PO_4 + 3Ca(OH)_2 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2\downarrow + 6NaOH$

Вещество E - $Ca_3(PO_4)_2$ (фосфат кальция).

Ответ:

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

$PH_3 + 2O_2 \rightarrow H_3PO_4$

$H_3PO_4 + NaOH \rightarrow NaH_2PO_4 + H_2O$

$NaH_2PO_4 + 2NaOH \rightarrow Na_3PO_4 + 2H_2O$

$2Na_3PO_4 + 3Ca(OH)_2 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2\downarrow + 6NaOH$