Номер 2, страница 105 - гдз по химии 9 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Глава 5. Азот и фосфор. Параграф 29. Фосфор. Подумай, ответь, выполни... - номер 2, страница 105.

Условие.

2. Охарактеризуйте свойства белого и красного фосфора. Какими опытами можно доказать, что белый и красный фосфор – видоизменения одного и того же элемента?

Решение.

Решение 2.

Свойства белого и красного фосфора

Белый и красный фосфор являются аллотропными модификациями химического элемента фосфора. Они состоят из атомов одного и того же элемента, но имеют разное строение, что обуславливает их различные свойства.

Свойства белого фосфора ($P_4$):

Строение: имеет молекулярную кристаллическую решетку, в узлах которой находятся молекулы $P_4$, имеющие форму тетраэдра.

Внешний вид: воскообразное, кристаллическое вещество белого цвета (иногда с желтоватым оттенком).

Физические свойства: мягкий, легко режется ножом. Температура плавления $44.1 \text{°C}$. Летуч, имеет чесночный запах. Нерастворим в воде, но растворим в сероуглероде ($CS_2$) и других органических растворителях. Очень ядовит.

Химические свойства: очень активен. На воздухе медленно окисляется, испуская видимое в темноте свечение (хемилюминесценция). Самовоспламеняется при температуре около $40 \text{°C}$. Из-за высокой реакционной способности его хранят под слоем воды.

Свойства красного фосфора ($P_n$):

Строение: является полимером. Его структура представляет собой длинные цепочки из связанных друг с другом атомов фосфора.

Внешний вид: порошок от тёмно-красного до фиолетового цвета.

Физические свойства: не имеет запаха. Нерастворим ни в воде, ни в сероуглероде. Не ядовит.

Химические свойства: значительно менее активен, чем белый фосфор. Не светится в темноте. Воспламеняется только при сильном нагревании (около $260 \text{°C}$).

Ответ: Белый фосфор — это белое воскообразное вещество с молекулярной решеткой ($P_4$), очень ядовитое, химически активное, самовоспламеняется на воздухе и растворимо в сероуглероде. Красный фосфор — это красно-бурый порошок с полимерной структурой ($P_n$), не ядовитый, значительно менее активный, воспламеняется только при сильном нагревании и нерастворим в воде и сероуглероде.

Опыты, доказывающие, что белый и красный фосфор — видоизменения одного и того же элемента

Доказать, что белый и красный фосфор являются аллотропными модификациями одного элемента, можно с помощью двух ключевых экспериментов.

1. Взаимные превращения.

Первый опыт демонстрирует возможность превращения одной модификации в другую без участия других реагентов. При нагревании белого фосфора до температуры $280 \text{–} 300 \text{°C}$ в инертной атмосфере (без доступа кислорода) он превращается в красный фосфор:

$P_{\text{белый}} \xrightarrow{t^{\circ}, \text{без } O_2} P_{\text{красный}}$

Обратный процесс также осуществим: если нагревать красный фосфор в вакууме до возгонки (испарения) и затем быстро охладить его пары, они сконденсируются в виде белого фосфора:

$P_{\text{красный}} \xrightarrow{t^{\circ}, \text{вакуум}} P_{\text{белый}}$

Так как одно вещество превращается в другое без изменения элементного состава, это доказывает, что они являются разными формами одного и того же элемента.

2. Сжигание в кислороде.

Второй опыт основан на анализе продуктов реакции. Если взять равные массы белого и красного фосфора и сжечь их в избытке кислорода, в обоих случаях образуется одно и то же химическое соединение — оксид фосфора(V) ($P_2O_5$, точнее $P_4O_{10}$), который представляет собой белый порошок.

$4P_{\text{белый}} + 5O_2 \rightarrow 2P_2O_5$

$4P_{\text{красный}} + 5O_2 \rightarrow 2P_2O_5$

Количественный анализ покажет, что из одинаковых масс исходных веществ образуются одинаковые массы оксида. Это подтверждает, что и белый, и красный фосфор состоят только из атомов фосфора.

Ответ: Доказать, что белый и красный фосфор — это аллотропные модификации одного элемента, можно, во-первых, осуществив их взаимные превращения (нагревание белого фосфора без доступа воздуха приводит к образованию красного, а возгонка красного с последующей конденсацией паров дает белый фосфор). Во-вторых, можно сжечь равные массы белого и красного фосфора и показать, что в обоих случаях образуется одно и то же вещество — оксид фосфора(V) — в одинаковом количестве.