Какое число молекул содержится в 10 г ортофосфорной кислоты
ГДЗ Химия 8 класc Габриелян О.С. , Остроумов И.Г., Сладков С.А., 2018, §10 КОЛИЧЕСТВО ВЕЩЕСТВА
ПРОВЕРЬТЕ СВОИ ЗНАНИЯ
Упражнение 1. Что называют количеством вещества? Количество вещества — это порция вещества, содержащая определённое число частиц (атомов, молекул, ионов).
В каких единицах измеряется эта физическая величина? Миллимолях (ммоль=10-3 моль), молях, киломолях (кмоль=103моль).
Упражнение 2. Что представляет собой число Авогадро? Число 6,02•1023 характеризует особую единицу измерения вещества, называемую количеством вещества.
Как взаимосвязаны количество вещества и число Авогадро? Число Авогадро показывает, сколько частиц содержится в 1 моль вещества. Моль — это количество вещества, содержащее 6,02•1023 частиц (атомов, молекул, ионов).
Упражнение 3. Какое количество вещества атомов каждого химического элемента содержит 1 моль веществ, формулы которых: SO2, Н3РO4, Fе2O3, Са(ОН)2?
В 1 моль оксида серы (IV) SO2 содержится 1 моль атомов серы S и 2 моль атомов кислорода О:
ʋ(S)=1 • ʋ(SO2)=1 • 1 моль=1 моль;
ʋ(О)=2 • ʋ(SO2)=2 • 1 моль=2 моль.
В 1 моль фосфорной кислоты Н3РO4 содержится 3 моль атомов водорода Н, 1 моль атомов фосфора Р и 4 моль атомов кислорода О:
ʋ(Н)=1 • ʋ(Н3РO4)=3 • 1 моль=3 моль;
ʋ(Р)=1 • ʋ(Н3РO4)=1 • 1 моль=1 моль;
ʋ(О)=4 • ʋ(Н3РO4)=4 • 1 моль=4 моль.
В 1 моль оксида железа (III) Fе2O3 содержится 2 моль формульных единиц железа Fе, 3 моль формульных единиц водорода Н:
ʋ(Fе)=2 • ʋ(Fе2O3)=2 • 1 моль=2 моль;
ʋ(О)=3 • ʋ(Fе2O3)=3 • 1 моль=3 моль.
В 1 моль гидроксида кальция Са(ОН)2 содержится 1 моль формульных единиц кальция Са, 2 моль формульных единиц кислорода О и 2 моль формульных единиц водорода Н:
ʋ(Са)=1 • ʋ(Са(ОН)2)= 1 • 1 моль=1 моль;
ʋ(Са)=2 • ʋ(Са(ОН)2)= 2 • 1 моль=2 моль;
ʋ(О)=3 • ʋ(Са(ОН)2)= 3 • 1 моль=3 моль.
ПРИМЕНИТЕ СВОИ ЗНАНИЯ
Упражнение 1. Не выполняя расчётов, расположите следующие формулы веществ в порядке возрастания их молярных масс: NaCl, AgCl, HCl, KCl.
M=Mr г/моль, а поскольку Ar(H)<Ar(Na)<Ar(K)<Ar(Ag), поэтому Mr(HCl)<Mr(NaCl)<Mr(KCl)<Mr(AgCl) и соответственно M(HCl)<M(NaCl)<M(KCl)<M(AgCl)
Упражнение 2. Какое количество вещества составляет:
а) 5,6 г гидроксида калия КОН;
Дано: m(КОН)=5,6 г
Найти: ʋ(КОН)-?
Решение:
1-й способ
Количество вещества рассчитываем по формуле: ʋ=m/M, где M=Mr г/моль.
Mr(КОН)=Ar(К)+Ar(О)+Ar(Н)=39+16+1=56, поэтому M(КОН)=56 г/моль
ʋ(КОН)=m(КОН)/M(КОН)=5,6 г : 56 г/моль = 0,1 моль
2-й способ
1. Вычисляем молярную массу КОН.
Mr(КОН)=Ar(К)+Ar(О)+Ar(Н)=39+16+1=56, поэтому M(КОН)=56 г/моль
2. Для нахождения количества вещества гидроксида калия составляем пропорцию и решаем её:
56 г КОН содержит 1 моль соединения,
5,6 г КОН ― х моль соединения.
5,6 г / 56 г = х моль / 1 моль, отсюда по свойству пропорции
х моль • 56 г = 5,6 г • 1 моль
х = 5,6 г • 1 моль : 56 г = 0,1 моль
Ответ: 0,1 моль
б) 9,6 т серы S;
Дано: m(S)=9,6 т=9600 кг
Найти: ʋ(S)-?
Решение:
1-й способ
Количество вещества рассчитываем по формуле: ʋ=m/M, где M=Mr г/моль.
Mr(S)=Ar(S)=32, поэтому M(S)=32 кг/кмоль
ʋ(S)=m(S)/M(S)=9600 кг : 32 кг/кмоль=300 кмоль
2-й способ
1. Вычисляем молярную массу S.
Mr(S)=Ar(S)=32, поэтому M(S)=32 кг/кмоль
2. Для нахождения количества вещества cеры составляем пропорцию и решаем её:
32 кг S содержит 1 кмоль соединения,
9600 кг S ― х кмоль соединения.
32 кг / 9600 кг = 1 кмоль / х кмоль, отсюда по свойству пропорции
х кмоль • 32 кг = 9600 кг • 1 кмоль
х = 9600 кг • 1 кмоль : 32 кг = 300 кмоль
Ответ: 300 кмоль
в) 5,85 мг хлорида натрия NaCl?
Дано: m(NaCl)=5,86 мг
Найти: ʋ(NaCl)-?
Решение:
1-й способ
Количество вещества рассчитываем по формуле: ʋ=m/M, где M=Mr г/моль.
Mr(NaCl)=Ar(Na)+Ar(Cl)=23+35,5=58,5, поэтому M(NaCl)= 58,5 мг/ммоль
ʋ(NaCl)= m(NaCl)/M(NaCl)=5,86 мг : 58,5 мг/ммоль=0,1 ммоль
2-й способ
1. Вычисляем молярную массу NaCl.
Mr(NaCl)=Ar(Na)+Ar(Cl)=23+35,5=58,5, поэтому M(NaCl)= 58,5 мг/ммоль
2. Для нахождения количества вещества натрий хлорида составляем пропорцию и решаем её:
58,5 мг NaCl содержит 1 ммоль соединения,
5,85 мг NaCl ― х ммоль соединения.
5,85 мг / 58,5 мг = х ммоль / 1 ммоль, отсюда по свойству пропорции
х ммоль • 58,5 мг = 5,85 мг • 1 ммоль
х = 5,85 мг • 1 ммоль : 58,5 мг = 0,1 ммоль
Ответ: 0,1 ммоль
Упражнение 3. Какое количество вещества составляют:
а) 1,806•1023 молекул озона О3;
Дано: N(О3)=1,806•1023 молекул
Найти: ʋ(О3)-?
Решение:
1-й способ
Количество вещества рассчитываем по формуле: ʋ=N/NА, где NА=6,02•1023моль-1 – число Авогадро.
ʋ(О3)= N(О3)/NА=1,806•1023 : 6,02•1023моль-1=0,3 моль
2-й способ
Для нахождения количества вещества озона составляем пропорцию и решаем её:
6,02•1023 молекул О3 содержит 1 моль соединения,
1,806•1023 молекул О3― х моль соединения
6,02•1023 / 1,806•1023 = 1 / х, отсюда по свойству пропорции
х • 6,02•1023 = 1,806•1023 • 1
х = 1,806•1023 • 1 : 6,02•1023 =0,3 моль
Ответ: 0,3 моль
б) 1,204•1024 молекул углекислого газа СО2;
Дано: N(СО2)=1,204•1024 молекул
Найти: ʋ(СО2)-?
Решение:
1-й способ
Количество вещества рассчитываем по формуле: ʋ=N/NА, где NА=6,02•1023моль-1 – число Авогадро.
γ(СО2)=N(СО2)/NА=1,204•1024 : 6,02•1023моль-1=2 моль
2-й способ
Для нахождения количества вещества углекислого газа составляем пропорцию и решаем её:
6,02•1023 молекул СО2 содержит 1 моль соединения,
1,204•1024 молекул СО2 ― х моль соединения
6,02•1023 / 1,204•1024 = 1 / х, отсюда по свойству пропорции
х • 6,02•1023 = 1,204•1024 • 1
х = 1,204•1024 • 1 : 6,02•1023=2 моль
Ответ: 2 моль
в) 12,8 г сернистого газа SO2;
Дано: m(SO2)=12,8 г
Найти: ʋ(SO2)-?
Решение:
1-й способ
Количество вещества рассчитываем по формуле: ʋ=m/M, где M=Mr г/моль.
Mr(SO2)=Ar(S)+2•Ar(О)=32+2•16=64, поэтому M(SО2)=64 г/моль
ʋ(SO2)=m(SО2)/M(SО2)=12,8 г : 64 г/моль=0,2 моль
2-й способ
1. Вычисляем молярную массу SO2.
Mr(SO2)=Ar(S)+2•Ar(О)=32+2•16=64, поэтому M(SО2)=64 г/моль
2. Для нахождения количества вещества cернистого газа составляем пропорцию и решаем её:
64 г SO2 содержит 1 моль соединения,
12,8 г SO2 ― х моль соединения.
64 г / 12,8 г = 1 моль / х моль, отсюда по свойству пропорции
х моль • 64 г = 12,8 г • 1 моль
х = 12,8 г • 1 моль : 64 г=0,2 моль
Ответ: 0,2 моль
г) порция метана СН4, содержащая 6,02•1022 атомов углерода;
Дано: N(С)=6,02•1022 атомов
Найти: ʋ(СН4)-?
Решение:
Количество вещества рассчитываем по формуле: ʋ=N/NА, где NА=6,02•1023моль-1 – число Авогадро.
ʋ(С)=N(С)/NА=6,02•1022 : 6,02•1023моль-1=0,1 моль
ʋ(СН4)=ʋ(С)=0,1 моль
Ответ: 0,1 моль
д) порция воды Н2О, содержащая 3,6•1024 атомов водорода?
Дано: N(Н)=3,6•1024 атомов
Найти: ʋ(Н2О)-?
Решение:
Количество вещества рассчитываем по формуле: ʋ=N/NА, где NА=6,02•1023моль-1 – число Авогадро.
ʋ(Н)=N(Н)/NА=3,6•1024 : 6•1023моль-1=6 моль
В 1 моль воды Н2О содержится 2 моль атомов водорода Н, тогда 1 моль атомов водорода будут содержаться в 1/2 моль воды, а 6 моль атомов водорода будут содержаться в таком количестве воды:
ʋ(Н2О)= 1/2•ʋ(Н)=1/2 • 6 моль=3 моль
Ответ: 3 моль
Упражнение 4. Масса 0,2 моль одного из соединений азота с кислородом равна 6 г. Определите молярную массу и формулу вещества.
Дано: m(соединения)=6 г, ʋ(соединения)=0,6 моль
Найти: формулу соединения-?
Решение:
Молярную массу соединения выражаем с формулы вычисления количества вещества соединения:
M(соединения)=m(соединения)/ʋ(соединения)=6 г : 0,2 моль=30 г/моль, поэтому Mr(соединения)=30.
Mr(О)=Аr(О)=16
Mr(N)=Mr(соединение)-Mr(О)=30-16=14, следовательно формула соединения состоит из одного атома О и одного атома N.
Ответ: формула соединения NО.
ВЫРАЗИТЕ МНЕНИЕ
Упражнение 1. Предложите формулу для расчёта массы вещества, если известно число его молекул.
Имеем две формулы: γ=m/M и γ=N/NA, приравняем их левые и правые части, получим m/M=N/NA, отсюда:
m= N•М/NA, где NА=6,02•1023моль-1 – число Авогадро.
Источник
Все вещества состоят из атомов. Атом – это мельчайшая, химически неделимая частица вещества. Все типы химических элементов объединены в Периодической системе химических элементов. Атомы одного типа называются химическими элементами. Количество атомов может меняться. Количество атомов одного типа обозначается коэффициентом.
Например, запись 6K означает 6 атомов калия. Запись 7P – это 7 атомов фосфора.
Атомы образуют молекулы. Здесь полезно упомянуть закон постоянства состава: любое определенное химически чистое соединение, состоит из одних и тех же химических элементов, причём отношения их масс постоянны, а относительные числа их атомов выражаются целыми числами. Закон постоянства состава не выполняется для бертоллидов (соединений переменного состава). Однако условно состав многих бертоллидов записывают, как постоянный.
Например, молекула серной кислоты выглядит так: H2SO4. Она состоит из двух атомов водорода, одного атома серы и четырех атомов кислорода.
Количество молекул также обозначается коэффициентом перед формулой молекулы.
Количество любых частиц обозначается, как N.
Например, 7 молекул воды записывается так: 7H2O.
6 молекул углекислого газа: 6CO2. При этом в 6 молекулах углекислого газа содержится 6 атомов углерода C и 12 атомов кислорода O.
Задача. Определите, сколько атомов водорода содержится в 15 молекулах фосфорной кислоты.
N(H3PO4) = 15
В каждой молекуле фосфорной кислоты содержится по 3 атома водорода. Следовательно, атомов водорода в 3 раза больше, чем молекул фосфорной кислоты:
N(H) = 45.
Ответ: в 15 молекулах фосфорной кислоты содержится 45 атомов водорода.
Задача. Определите, какое число молекул сероводорода H2S содержит 300 атомов водорода H.
В каждой молекуле сероводорода содержится по 2 атома водорода. Следовательно, число атомов водорода в 2 раза меньше, чем число молекул сероводорода:
N(H2S) = 1/2*N(H) = 1/2*300 = 150.
Ответ: 300 атомов водорода содержится в 150 молекулах сероводорода.
Задача 1. Определите количество атомов водорода в 12 молекулах аммиака NH3?
Задача 2. Определите количество атомов кислорода, если число молекул хлорангидрида серной кислоты SO2Cl2 равно 6000?
Задача 3. Определите число атомов кислорода в порции, содержащей 6 миллионов частиц медного купороса CuSO4•5H2O.
Задача 4. Определите число молекул в порции метана CH4, если известно, в этой порции содержится 3•106 атомов водорода.
Задача 5. В некоторой порции карбида алюминия Al4C3 содержится 300000 атомов алюминия. Определите число молекул.
Задача 6. Известно, что в некоторой порции серной кислоты H2SO4 всего содержится 350 атомов. Определите число молекул серной кислоты в этой порции.
Задача 7. В некоторой порции содержится смесь углекислого газа СO2 и оксида фосфора (V) P2O5 в соотношении 1:2. Известно, что число молекул углекислого газа в этой смеси равно 42. Определите число атомов кислорода в этой порции.
Задача 8. Известно, что в порции содержится 300 молекул угарного газа CO и 400 молекул сернистого газа SO2. Определите, какое число атомов кислорода содержится в этой порции.
Задача 9. Известно, что в водном растворе фосфорной кислоты на каждую молекулу фосфорной кислоты H3PO4 приходится 20 молекул воды H2O. Общее количество атомов водорода в этом растворе равно 8600. Определите количество атомов кислорода в этом растворе.
Задача 10. Известно, что порции медного купороса CuSO4•5H2O содержится 2700 атомов кислорода. Определите количество атомов водорода в этой порции.
Источник
1. Участок одной из двух цепей молекулы ДНК содержит 300 нуклеотидов с аденином (А), 100 нуклеотидов с тимином (Т), 150 нуклеотидов с гуанином (Г) и 200 нуклеотидов с цитозином (Ц). Какое число нуклеотидов с А, Т, Г и Ц содержится в двухцепочечной молекуле ДНК? Сколько аминокислот должен содержать белок, кодируемый этим участком молекулы ДНК? Ответ поясните.
Ответ
Если в одной цепи ДНК 300 нуклеотидов с аденином, 100 нуклеотидов с тимином, 150 нуклеотидов с гуанином и 200 нуклеотидов с цитозином, то в комплементарной ей цепи, соответственно, 300 нуклеотидов с тимином, 100 нуклеотидов с аденином, 150 нуклеотидов с цитозином и 200 нуклеотидов с гуанином. Следовательно, в двуцепочечной ДНК 400 нуклеотидов с аденином, 400 нуклеотидов с тимином, 350 нуклеотидов с гуанином и 350 нуклеотидов с цитозином. Если в одной цепи ДНК 300 + 100 +150 + 200 = 750 нуклеотидов, значит, там 750 / 3 = 250 триплетов. Следовательно, этот участок ДНК кодирует 250 аминокислот.
2. Чем строение молекулы ДНК отличается от строения молекулы иРНК?
Ответ
1) В состав ДНК входит дезоксирибоза, а в состав РНК – рибоза.
2) В состав ДНК входит тимин, в РНК – урацил.
3) ДНК двухцепочечная, РНК одноцепочечная.
3. Почему в составе ДНК имеет место строгое соотношение компонентов?
Ответ
1) Нуклеотиды (мономеры ДНК) состоят из азотистого основания, дезоксирибозы и фосфорной кислоты. Поэтому количество остатков азотистых оснований, дезоксирибозы и фосфорный кислоты равно.
2) Согласно правилу комплементарности, напротив аденина в ДНК стоит тимин, а напротив гуанина – цитозин. Поэтому количество аденина равно количеству тимина, количество гуанина равно количеству цитозина.
4. Строение молекулы какого мономера изображено на представленной схеме? Что обозначено буквами А, Б, В? Назовите виды биополимеров, в состав которых входит данный мономер.
Ответ
1) молекула урацилового нуклеотида РНК;
2) А – урацил – азотистое основание, Б – углевод рибоза, В – остаток фосфорной кислоты;
3) иРНК, тРНК, рРНК.
5. Рассмотрите предложенную схему строения молекулы ДНК. Запишите в ответе пропущенный термин, обозначенный на схеме знаком вопроса.
6. Рассмотрите предложенную схему строения нуклеотида РНК. Запишите
в ответе пропущенный термин, обозначенный на схеме вопросительным знаком.
7. Назовите мономер, изображенный на рисунке. Ответ поясните. Что обозначено цифрами 1, 2, 3? Какую функцию в клетке выполняет биополимер, в состав которого входит этот мономер?
Ответ
1) нуклеотид ДНК, так как в состав входит азотистое основание тимин (Т);
2) 1 – азотистое основание тимин, 2 – пятиуглеродный сахар дезоксирибоза, 3 – остаток фосфорной кислоты;
3) хранение и передача наследственной информации в ряду поколений
8. В 1958 г. учёными был установлен полуконсервативный принцип репликации ДНК. В качестве объекта эксперимента использовали кишечную палочку Escherichia сoli. Бактерии длительное время выращивались на питательной среде, содержащей тяжёлый изотоп азота 15N. Затем данные бактерии были перенесены на питательную среду, содержащую лёгкий изотоп азота 14N, для однократного деления. Все клетки, полученные после этого деления, содержали примерно равные количества цепей ДНК с лёгкими (14N) и тяжёлыми (15N) изотопами азота. Объясните результат эксперимента, исходя из принципа полуконсервативной репликации ДНК. Как называется используемый в эксперименте метод?
Ответ
1) Поскольку бактерии долго выращивались на среде 15N, то вся их ДНК содержала 15N.
2) Перед делением ДНК удвоилась, получились две двойные молекулы ДНК, каждая из которых состояла из цепи 15N (матрица) и цепи 14N (продукт). Таким образом, количество цепей 15N и 14N получилось одинаковым.
3) Метод меченых атомов, экспериментальный.
9. Лекарственный препарат рекомендуется применять при инфекционно-воспалительных процессах, вызванных патогенными бактериями. Препарат блокирует действие специфического белка-фермента ДНК-гиразы и репликацию бактериальной ДНК. Что происходит с клетками бактерий в результате приёма данного препарата? Почему он не действует на клетки организма человека таким же образом? Ответ поясните.
Ответ
1) В результате приема данного препарата у бактерий не происходит удвоение ДНК и они перестают делиться.
2) Бактериальные ферменты, отвечающие за репликацию, отличаются от ферментов эукариот (человека), поэтому препарат не действует на клетки организма человека.
10. Чем объясняются различия в названиях разных нуклеиновых кислот?
Ответ
1) Различия в названиях ДНК и РНК объясняются составом их нуклеотидов: в нуклеотидах ДНК углевод дезоксирибоза, а в РНК — рибоза.
2) Различия в названиях видов РНК (информационная, транспортная, рибосомная) связаны с выполняемыми ими функциями.
11. Найдите три ошибки в приведённом тексте. Укажите номера предложений, в которых они допущены, объясните их. (1) Молекула ДНК состоит из мономеров — нуклеотидов. (2) Каждый нуклеотид ДНК состоит из азотистого основания, углевода рибозы и остатка фосфорной кислоты. (3) Нуклеотиды двух цепей ДНК связаны нековалентными водородными связями по правилу комплементарности. (4) Четыре нуклеотида в цепи молекулы ДНК кодируют одну аминокислоту в молекуле белка, информация о строении которого заложена в гене. (5) ДНК контролирует синтез иРНК на одной из своих цепей. (6) Процесс синтеза иРНК на матрице ДНК называется трансляцией.
Ответ
2) В состав ДНК входит углевод дезоксирибоза.
4) Код ДНК триплетен, т. е. состоит из трёх нуклеотидов.
6) Процесс синтеза иРНК на ДНК называется транскрипцией.
12. В чем состоит химическое различие РНК- и ДНК-содержащих вирусов?
Ответ
1) различия в содержании азотистых оснований: в РНК – урацил, в ДНК – тимин;
2) различия в содержании моносахаридов: в РНК – рибоза, в ДНК – дезоксирибоза
Источник
Продолжение. Cм. в № 22/2005;
1, 2, 3, 5, 6, 8, 9, 11, 13, 15, 16, 18, 22/2006;
3, 4, 7, 10, 11, 21/2007;
2, 7, 11, 18, 19, 21/2008;
1, 3, 10, 11/2009
ЗАНЯТИЕ 30
10-й класс (первый год обучения)
Фосфор и его соединения
П л а н
1.
Положение в таблице Д.И.Менделеева, строение
атома.
2. Краткая история открытия и происхождение
названия.
3. Физические свойства.
4. Химические свойства.
5. Нахождение в природе.
6. Основные методы получения
7. Важнейшие соединения фосфора.
Фосфор находится в главной подгруппе V группы
периодической системы Д.И.Менделеева. Его
электронная формула 1s22s2p63s2p3,
это р-элемент. Характерные степени окисления
фосфора в соединениях –3, +3, +5; наиболее
устойчивой является степень окисления +5. В
соединениях фосфор может входить как в состав
катионов, так и в состав анионов, например:
Фосфор получил свое название благодаря
свойству белого фосфора светиться в темноте.
Греческое слово 
переводится как «несущий свет». Этим
названием фосфор обязан своему первооткрывателю
– алхимику Бранду, который, завороженный
свечением белого фосфора, пришел к выводу, что
получил философский камень.
Фосфор может существовать в виде нескольких
аллотропных модификаций, наиболее устойчивыми
из которых являются белый, красный и черный
фосфор.
Молекула белого фосфора (наиболее
активного аллотропа) имеет молекулярную
кристаллическую решетку, в узлах которой
находятся четырехатомные молекулы Р4
тетраэдрического строения.
Белый фосфор мягкий, как воск, плавится и кипит
без разложения, обладает чесночным запахом. На
воздухе белый фосфор быстро окисляется (светится
зеленоватым цветом), возможно самовоспламенение
мелкодисперсного белого фосфора. В воде
нерастворим (хранят под слоем воды), но хорошо
растворяется в органических растворителях.
Ядовит (даже в малых дозах, ПДК = 0,03 мг/м3).
Обладает очень высокой химической активностью.
При нагревании без доступа воздуха до 250–300 °С
превращается в красный фосфор.
Красный фосфор – это неорганический
полимер; макромолекулы Рn могут иметь
как циклическое, так и ациклическое строение. По
свойствам резко отличается от белого фосфора: не
ядовит, не светится в темноте, не растворяется в
сероуглероде и других органических
растворителях, не обладает высокой химической
активностью. При комнатной температуре медленно
переходит в белый фосфор; при нагревании до
200 °С под давлением превращается в черный
фосфор.
Черный фосфор по виду похож на графит.
По структуре – это неорганический полимер,
молекулы которого имеют слоистую структуру.
Полупроводник. Не ядовит. Химическая активность
значительно ниже, чем у белого фосфора. На
воздухе устойчив. При нагревании переходит в
красный фосфор.
Х и м и ч е с к и е с в о й с т в а
Наиболее активным в химическом отношении
является белый фосфор (но на практике
предпочитают работать с красным фосфором). Он
может проявлять в реакциях свойства как
окислителя, так и восстановителя, например:
Н2 (+):
О2 (+):
4Р + 3О2 2Р2О3,
4Р + 5О2 2Р2О5.
Металлы (+/–)*:
3Ca + 2P Ca3P2,
3Na + P Na3P,
Cu + P реакция не
идет.
Неметаллы (+):
но
2Р + 3I 2PI3,
6P + 5N2 2P2N5.
Н2О (+):
Основные оксиды (–).
Кислотные оксиды (–).
Щелочи (+):
Кислоты (не окислители) (–).
Кислоты-окислители (+):
3P (кр.) + 5HNO3 (разб.) + 2H2O = 3H3PO4
+ 5NO,
P (кр.) + 5HNO3 (конц.) H3PO4 + 5NO2 + H2O,
2P (кр.) + H2SO4 (конц.) 2H3PO4 + 5SO2 + 2H2O.
Соли (–)**.
В п р и р о д е фосфор встречается в виде
соединений (солей), важнейшими из которых
являются фосфорит (Ca3(PO4)2),
хлорапатит (Ca3(PO4)2•CaCl2) и
фторапатит (Ca3(PO4)2•CaF2).
Фосфат кальция содержится в костях всех
позвоночных животных, обусловливая их прочность.
Фосфор п о л у ч а ю т в электропечах, сплавляя
без доступа воздуха фосфат кальция, песок и
уголь:
Сa3(PO4)2 + 3SiO2 + 5C 
2P + 5CO + 3CaSiO3.
К важнейшим соединениям фосфора относятся:
фосфин, оксид фосфора(III), оксид фосфора(V),
фосфорные кислоты.
Ф о с ф и н
Это водородное соединение фосфора, бесцветный
газ с чесночно-рыбным запахом, очень ядовит.
Плохо растворим в воде, но хорошо растворим в
органических растворителях. Гораздо менее
устойчив, чем аммиак, но является более сильным
восстановителем. Практического значения не
имеет.
Для п о л у ч е н и я фосфина обычно не используют
реакцию прямого синтеза из простых веществ;
наиболее распространенный способ получения
фосфина – гидролиз фосфидов:
Сa3P2 + 6HOH = 3Ca(OH)2 + 2PH3.
Кроме того, фосфин можно получить реакцией
диспропорционирования между фосфором и
растворами щелочей:
4P + 3KOH + 3H2O
PH3 + KPO2H2,
или из солей фосфония:
PH4I PH3 + HI,
PH4I + NaOH PH3 + NaI + H2O.
Химические свойства фосфина целесообразно
рассматривать с двух сторон.
Кислотно-основные свойства. Фосфин
образует с водой неустойчивый гидрат,
проявляющий очень слабые основные свойства:
PH3 + H2O PH3•H2O (PH4OH),
PH3 + HCl PH4Cl,
2PH3 +H2SO4 (PН4)2SO4.
Окислительно-восстановительные свойства.
Фосфин – сильный восстановитель:
2PH3 + 4O2 P2O5 + 3H2O,
PH3 + 8AgNO3 + 4H2O = H3PO4
+ 8Ag + 8HNO3.
О к с и д ф о с ф о р а(III)
Оксид Р2О3 (истинная формула – Р4О6)
– белое кристаллическое вещество, типичный
кислотный оксид. При взаимодействии с водой на
холоде образует фосфористую кислоту (средней
силы):
P2O3 + 3H2O = 2H3PO3
Поскольку фосфористая кислота является
двухосновной, при взаимодействии триоксида
фосфора со щелочами образуется два типа
солей – гидрофосфиты и дигидрофосфиты.
Например:
P2O3 + 4NaOH = 2Na2HPO3 + H2O,
P2O3 + 2NaOH + H2O = 2NaH2PO3.
Диоксид фосфора Р2О3 окисляется
кислородом воздуха до пентаоксида:
P2O3 + O2 P2O5.
Триоксид фосфора и фосфористая кислота
являются достаточно сильными восстановителями.
Получают оксид фосфора(III) медленным окислением
фосфора в недостатке кислорода:
4P + 3O2 2P2O3.
О к с и д ф о с ф о р а(V) и ф о с ф о р
н ы е к и с л о т ы
Пентаоксид фосфора Р2О5
(истинная формула – Р4О10) – белое
гигроскопичное кристаллическое вещество. В
твердом и газообразном состояниях молекула
существует в виде димера, при высоких
температурах мономеризуется. Типичный кислотный
оксид. Очень хорошо растворяется в воде, образуя
ряд фосфорных кислот:
метафосфорную:
P2O5 + H2O= 2HPO3
пирофосфорную (дифосфорную):
P2O5 + 2H2O= H4P2O7
ортофосфорную (фосфорную):
P2O5 + 3H2O= 2H3PO4
Пентаоксид фосфора проявляет все свойства,
характерные для кислотных оксидов, например:
P2O5 + 3H2O= 2H3PO4,
P2O5 + 3CaO 2Ca3(PO4)2;
может образовывать три типа солей:
Окислительные свойства для него не характерны,
т.к. степень окисления +5 является для фосфора
очень устойчивой. Получают пентаоксид фосфора
при горении фосфора в достаточном количестве
кислорода:
4P + 5O2 2P2O5.
Ортофосфорная кислота Н3РО4 –
бесцветное кристаллическое вещество, очень
хорошо растворимое в воде, гигроскопична. Это
трехосновная кислота средней силы; не обладает
выраженными окислительными свойствами.
Проявляет все химические свойства, характерные
для кислот, образует три типа солей (фосфаты,
гидрофосфаты и дигидрофосфаты):
2H3PO4 + 3Ca = Ca3(PO4)2
+ 3H2,
H3PO4 + Cu ,
2H3PO4 + 3CaO = Ca3(PO4)2
+ 3H2O,
2H3PO4 + K2CO3 = 2KH2PO4
+ CO2 + H2O.
В промышленности фосфорную кислоту п о л у ч а ю
т экстракционным:
Ca3(PO4)2 + 3H2SO4
= 2H3PO4 + 3CaSO4,
а также термическим методом:
Ca3(PO4)2 + 3SiO2 + 5C 3СaSiO3 + 2P + 5CO,
4P + 5O2 2P2O5,
P2O5 + 3H2O = 2H3PO4.
К лабораторным методам получения
ортофосфорной кислоты относят действие
разбавленной азотной кислоты на фосфор:
3Р (кр.) + 5HNO3 (разб.) + 2Н2О = 3H3PO4
+ 5NO,
взаимодействие метафосфорной кислоты с водой
при нагревании:
HPO3 + H2O H3PO4.
В организме человека ортофосфорная кислота
образуется при гидролизе аденозинотрифосфорной
кислоты (АТФ):
АТФ АДФ + H3PO4.
Качественной реакцией на фосфат-ион
является реакция с катионом серебра; образуется
осадок желтого цвета, не растворимый в
слабокислых средах:
3Ag+ + = Ag3PO4,
3AgNO3 + K3PO4 = Ag3PO4 + 3KNO3.
Кроме вышеперечисленных фосфорных кислот
(содержащих фосфор в степени окисления +5), для
фосфора известно много других
кислородсодержащих кислот. Приведем некоторые
из важнейших представителей.
Фосфорноватистая (НРО2Н2) –
одноосновная кислота средней силы. Второе ее
название – фосфиновая:
Соли этой кислоты называют гипофосфитами, или
фосфитами, например KРО2Н2.
Фосфористая (Н3РО3) –
двухосновная кислота средней силы, немного
слабее фосфорноватистой. Также имеет второе
название – фосфоновая:
Ее соли называются фосфиты, или фосфонаты,
например K2РО3Н.
Дифосфорная (пирофосфорная) (Н4Р2О7)
– четырехосновная кислота средней силы, чуть
сильнее ортофосфорной:
Соли – дифосфаты, например K4P2O7.
Тест по теме «Фосфор и его
соединения»
1.
Исключите «лишний» элемент из перечисленных по
принципу возможности образования аллотропных
модификаций:
а) кислород; б) азот;
в) фосфор; г) сера.
2. При взаимодействии 42,6 г фосфорного
ангидрида и 400 г 15%-го раствора гидроксида натрия
образуется:
а) фосфат натрия;
б) гидрофосфат натрия;
в) смесь фосфата и гидрофосфата натрия;
г) смесь гидро- и дигидрофосфата натрия.
3. Сумма коэффициентов в уравнении
электролитической диссоциации фосфата калия
равна:
а) 5; б) 3; в) 4; г) 8.
4. Число электронов на внешнем уровне атома
фосфора:
а) 2; б) 3; в) 5; г) 15.
5. Фосфор, полученный из 33 г технического
фосфата кальция, сожгли в кислороде.
Образовавшийся оксид фосфора(V) прореагировал с
200 мл 10%-го раствора гидроксида натрия
(плотность – 1,2 г/мл) с образованием средней
соли. Масса примесей в техническом образце
фосфата кальция (в г) составляет:
а) 3,5; б) 1,5; в) 2; г) 4,8.
6. Число -связей
в молекуле пирофосфорной кислоты:
а) 2; б) 12; в) 14; г) 10.
7. Число атомов водорода, содержащихся в
4,48 л (н.у.) фосфина равно:
а) 1,2•1023; б) 0,6•1023;
в) 6,02•1023; г) 3,6•1023.
8. При температуре 30 °С некая реакция
протекает за 15 с, а при 0 °С – за 2 мин.
Коэффициент Вант-Гоффа для данной реакции:
а) 2,4; б) 2; в) 1,8; г) 3.
9. Ортофосфорная кислота может реагировать
со следующими веществами:
а) оксид меди(II); б)гидроксид калия;
в) азотная кислота; г) цинк.
10. Сумма коэффициентов в реакции между
фосфором и бертолетовой солью равна:
а) 9; б) 6; в) 19; г) такая реакция невозможна.
Ключ к тесту
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| б | в | а | в | в | б | г | б | а, б ,г | в |
Задачи и упражнения на фосфор и его
соединения
Ц е п
о ч к и п р е в р а щ е н и й:
1. Фосфор —> пентаоксид фосфора —>
ортофосфорная кислота —> фосфат кальция ®
фосфорная кислота.
2. Фосфат кальция —> фосфор —> фосфид
кальция —> фосфин —> пентаоксид фосфора —>
фосфорная кислота —> дигидрофосфат кальция.
3. Фосфат кальция —> А —> В —> С —> Д
—> Е —> фосфат кальция. Все вещества содержат
фосфор, в схеме три ОВР подряд.
4. Фосфор —> пентаоксид фосфора —> фосфат
кальция —> фосфор —> фосфин —> фосфорная
кислота —> дигидрофосфат кальция.
5. Фосфид кальция (+ р-р соляной кислоты) —>
А (+ кислород) —> В (+ гидроксид натрия,
недостаток) —> С (+ гидроксид натрия, избыток)
—> Д (+ гидроксид кальция) —> Е.
1. При полном сгорании 6,8 г вещества
получили 14,2 г пентаоксида фосфора и 5,4 г воды.
К полученным продуктам реакции добавили 37 мл
32%-го раствора едкого натра (плотность 1,35 г/мл).
Установите формулу исходного вещества и
определите концентрацию полученного раствора.
Решение
Уравнение реакции:
(P2O5) =
0,1 моль, (H2O) =
0,3 моль.
(P) = 0,2 моль, (H) = 0,6 моль.
m(P) = 6,2 г, m(H) = 0,6 г.
m = 6,8 г.
(P) : (Н) = 0,2 : 0,6 = 1 : 3.
Следовательно, формула исходного вещества –
PH3, а уравнение реакции:
тогда фосфорной кислоты образуется:
(H3PO4)
= 2(P2O5) =
0,2 моль.
Со щелочью фосфорная кислота может реагировать
следующим образом:
Определим по условию задачи количество
вещества NaOH:
(Н3PO4)
: (NaOН) = 0,2 : 0,4 = 1 : 2,
следовательно, идет реакция 2.
(Na2HPO4)
= (Н3PO4)
= 0,2 моль;
m(Na2HPO4) = M(Na2HPO4)•(Na2HPO4) =
142•0,2 = 28,4 г;
m(р-ра) = m(Р2О5) + m(Н2О)
+ m(р-ра NaOH) =14,2 + 5,4 + 37•1,35 = 69,55 г.
(Na2HPO4)
= m(Na2HPO4)/m(р-ра) = 28,4/69,55 = 0,4083, или
40,83 %.
Ответ. PH3; (Na2HPO4) = 40,83 %.
2. При полном электролизе 1 кг раствора
сульфата железа(II) на катоде выделилось 56 г
металла. Какая масса фосфора может вступить в
реакцию с веществом, выделившимся на аноде, и
каков будет состав соли, если полученный продукт
реакции растворить в 87,24 мл 28%-го раствора
гидроксида натрия (плотность раствора 1,31 г/мл)?
Ответ. 12,4 г фосфора; гидрофосфат
натрия.
3. 20 г смеси, состоящей из сульфата бария,
фосфата кальция, карбоната кальция и фосфата
натрия, растворили в воде. Масса
нерастворившейся части составила 18 г. При
действии на нее соляной кислоты выделилось 2,24 л
газа (н.у.) и масса нерастворимого остатка
составила 3 г. Определите состав исходной смеси
солей по массе.
Ответ. Na3PO4 – 2 г; BaCO3
– 3 г;
CaCO3 – 10 г; Ca3(PO4)3 – 5 г.
4. Сколько кг фосфора может быть получено из
1 т фосфорита, содержащего 40 % примесей? Какой
объем при н.у. займет фосфин, полученный из этого
фосфора?
Ответ. 120 кг P; 86,7 м3 PH3.
5. 40 г минерала, содержащего 77,5 % фосфата
кальция, смешали с избытком песка и угля и
нагрели без доступа воздуха в электрической
печи. Полученное простое вещество растворили в
140 г 90%-й азотной кислоты. Определите массу
гидроксида натрия, который потребуется для
полной нейтрализации продукта окисления
простого вещества.
Ответ. 24 г NaOH.
1. Для полной нейтрализации
раствора, полученного при гидролизе 1,23 г
некоторого галогенида фосфора, потребовалось 35
мл 2М раствора гидроксида калия. Определите
формулу галогенида.
Ответ. Трифторид фосфора.
2. Пробу безводного этанола, содержащего в
качестве примеси 0,5 % оксида фосфора(V), сожгли в
достаточном количестве кислорода.
Образовавшиеся газы отделили, а полученный
раствор нагрели до прекращения выделения газа,
после чего к нему добавили равный по массе 0,5%-й
раствор гидроксида калия. Определите массовые
доли веществ в полученном растворе.
Ответ. K2HPO4 – 0,261 %;
KH2PO4 – 0,204 %.
3. К 2 г смеси гидрофосфата и дигидрофосфата
калия, в которой массовая доля фосфора равна
20 %, добавили 20 г 2%-го раствора фосфорной
кислоты. Вычислите массовые доли веществ в
полученном растворе.
Ответ. KH2PO4 – 9,03 %;
K2HPO4 (ост.) – 1,87 %.
4. При обработке водой смеси гидрида и
фосфида щелочного металла с равными массовыми
долями образовалась газовая смесь с плотностью
по азоту 0,2926. Установите, какой металл входил в
состав соединений.
Ответ. Натрий.
5. 50 г смеси фосфата кальция и карбонатов
кальция и аммония прокалили, в результате
получили 25,2 г твердого остатка, к которому
добавили воду, а затем пропустили избыток
углекислого газа. Масса нерастворившегося
остатка составила 14 г. Определите массу
карбоната аммония в исходной смеси.
Решение
При прокаливании смеси идут следующие
процессы:
1) Ca3(PO4)2
;
2) 
3) (NH4)2CO3
2NH3 + СO2 + H2O.
В твердом остатке – Са3(PO4)2 и
CaO.
После добавления воды:
4) Ca3(PO4)2 + H2O;
5) СаО + H2O = Ca(OH)2.
После пропускания углекислого газа:
6) Са(ОН)2 + H2O + CO2 = Ca(HСО3)2.
Нерастворившийся остаток – Ca3(PO4)2,
следовательно, m(Ca3(PO4)2) = 14 г.
Находим массу CaO:
m(CaO) = 25,2 – 14 = 11,2 г.
(CaO) = 11,2/56
= 0,2 моль,
(CaCO3)
= (CaO) = 0,2 моль,
тогда
m(CaCO3) = 0,2•100 = 20 г.
m(NH4)2CO3 = m(смеси)
– m(Ca3(PO4)2) – m(CaCO3) =
50 – 14 – 20 = 16 г.
Ответ. m(NH4)2CO3 =
16 г.
К а ч е с т в е н н ы е з а д а ч и
1. Твердое, белое, хорошо растворимое в воде
соединение А представляет собой кислоту. При
добавлении к водному раствору А оксида В
образуется белое нерастворимое в воде
соединение С. В результате прокаливания при
высокой температуре вещества С в присутствии
песка и угля образуется просто?