Chuyên đề 4. Phi kim 2 - Nhóm VA và IVA

Lí thuyết về photpho và hợp chất của photpho

Chi tiết

Chuyên mục: Chuyên đề 4. Phi kim 2 - Nhóm VA và IVA

Được viết ngày Thứ ba, 10 Tháng 2 2015 22:19

Viết bởi Nguyễn Văn Đàm

I. PHOTPHO

1. Tính chất vật lí

     Thường gặp 2 dạng thù hình phổ biến là P đỏ và P trắng:

- P trắng là chất rắn trong suốt, màu trắng hoặc vàng nhạt, giống sáp, cấu trúc mạng tinh thể phân tử. P trắng mềm, dễ nóng chảy. P trắng không tan trong nước nhưng tan nhiều trong các dung môi hữu cơ; rất độc, gây bỏng nặng khi rơi vào da; bốc cháy trong không khí ở nhiệt độ trên 40⁰c, bảo quản bằng cách ngâm trong nước. Ở nhiệt độ thường, P trăng phát quang màu lục nhạt trong bóng tối.

- P đỏ là chất bột màu đỏ có cấu trúc polime, khó nóng chảy và khó bay hơi hơn P trắng; không tan trong các dung môi hữu cơ thông thường, dễ hút ẩm và chảy rữa, bền trong không khí ở nhiệt độ thường và không phát quang trong bóng tối. Chỉ bốc cháy ở nhiệt độ trên 250⁰c. Khi đun nóng không có không khí, P đỏ chuyển thành dạng hơi, khi làm lạnh thì hơi của nó ngưng tụ lại thành P trắng.

 2. Tính chất hóa học

- Các mức oxi hóa có thể có của P: -3, 0, +3, +5.

- P hoạt động hóa học mạnh hơn N₂ vì liên kết P - P kém bền hơn so với liên kết N ≡ N.

- P trắng hoạt động hơn P đỏ (vì P trắng có kiểu mạng phân tử còn P đỏ có cấu trúc kiểu polime).

a. Tính oxi hóa

P có phản ứng với nhiều kim loại → muối photphua:            

2P + 3Mg → Mg₃P₂

Các muối photphua bị thủy phân mạnh giải phóng photphin (PH­₃).

Ca₃P₂ + 6H₂O → 2PH₃ + 3Ca(OH)₂

Photphin là một khí không màu rất độc, có mùi tỏi, bốc cháy trong không khí ở nhiệt độ gần 150⁰C.

2PH₃ + 4O₂ → P₂O₅ + 3H₂O

b. Tính khử

- Phản ứng với phi kim: O₂, halogen...

4P + 3O₂ → 2P₂O₃

4P + 5O₂ → 2P₂O₅ (nếu O₂ dư)

(P trắng phản ứng được ở ngay nhiệt độ thường và có hiện tượng phát quang hóa học; P đỏ chỉ phản ứng khi nhiệt độ > 250⁰C).

2P + 3Cl₂ → 2PCl₃

2P + 5Cl₂ → 2PCl₅

- Phản ứng với các chất oxi hóa khác

6P_đ + 3KClO₃ → 3P₂O₅ + 5KCl (t⁰) (phản ứng xảy ra khi quẹt diêm)

6P_t + 5K₂Cr₂O₇ → 5K₂O + 5Cr₂O₃ + 3P₂O₅

P + 5HNO₃ → H₃PO₄ + 5NO₂ + H₂O

2P + 5H₂SO₄ đặc → 2H₃PO₄ + 3H₂O + 5SO₂

3. Trạng thái tự nhiên và điều chế               

- Trong tự nhiên chỉ tồn tại ở dạng hợp chất. Hai khoáng vật chính là apatit 3Ca₃(PO₄)₂.CaF₂ và photphorit Ca₃(PO₄)₂.

- Điều chế:

 Ca₃(PO₄)₂ + 3SiO₂ + 5C → 3CaSiO₃ + 2P + 5CO (lò điện ở 1500⁰C)

II. ĐIPHOTPHO PENTAOXIT - P₂O₅

1. Tính chất vật lí

     Là chất khói trắng, không mùi, háo nước và dễ chảy rữa thường dùng để làm khô các chất.

2. Tính chất hóa học

P₂O₅ có tính chất của một oxit axit.

- Tác dụng với nước:

P₂O₅ + H₂O → 2HPO₃ (axit metaphotphoric)

P₂O₅ + 3H₂O → 2H₃PO₄ (axit photphoric)

- Tác dụng với dung dịch kiềm, tùy theo tỉ lệ có thể tạo thành các muối khác nhau:

H₂O + P₂O₅ + 2NaOH → 2NaH₂PO₄

P₂O₅ + 4NaOH → 2Na₂HPO₄ + H₂O

P₂O₅ + 6NaOH → 2Na₃PO₄ + 3H₂O

3. Điều chế                

4P + 5O₂ → 2P₂O₅

III. AXIT PHOTPHORIC HOẶC AXIT ORTHOPHOTPHORIC - H₃PO₄ 

1. Tính chất vật lí

Tồn tại ở dạng lỏng siro, không màu, không mùi, dễ tan trong nước và rượu, không độc.

2. Tính chất hóa học

a. Là axit trung bình

- Trong dung dịch H₃PO₄ phân li thuận nghịch theo 3 nấc:

H₃PO₄ ↔ H⁺ + H₂PO₄^-

H₂PO₄^- ↔ H⁺ + HPO₄^2-

HPO₄^2- ↔ H⁺ + PO₄^3-

- Làm quỳ tím chuyển thành màu đỏ.

- Tác dụng với oxit bazơ → muối + H₂O                  

2H₃PO₄ + 3Na₂O → 2Na₃PO₄ + 3H₂O

- Tác dụng với bazơ → muối + H₂O (tùy theo tỉ lệ phản ứng có thể tạo thành các muối khác nhau).

KOH + H₃PO₄ → KH₂PO₄ + H₂O

2KOH + H₃PO₄ → K₂HPO₄ + 2H₂O

3KOH + H₃PO₄ → K₃PO₄ + 3H₂O

- Tác dụng với kim loại đứng trước H₂ → muối + H₂

2H₃PO₄ + 3Mg → Mg₃(PO₄)₂ + 3H₂

- Tác dụng với muối → muối mới + axit mới                        

H₃PO₄ + 3AgNO₃ → 3HNO₃ + Ag₃PO₄

b. Tính oxi hóa - khử

     Trong H₃PO₄, P có mức oxi hóa +5 là mức oxi hóa cao nhất nhưng H₃PO₄ không có tính oxi hóa như HNO₃ vì nguyên tử P có bán kính lớn hơn so với bán kính của N → mật độ điện dương trên P nhỏ → khả năng nhận e kém.

c. Các phản ứng do tác dụng của nhiệt

2H₃PO₄ → H₄P₂O₇ + H₂O (200 – 250⁰C)

                          Axit điphotphoric

H₄P₂O₇ → 2HPO₃ + H₂O (400 – 500⁰C)

                       Axit metaphotphoric

Chú ý: Axit photphorơ H₃PO₃ là axit 2 lần axit.

3. Điều chế

- Trong phòng thí nghiệm:                 

P + 5HNO₃ đặc → H₃PO₄ + 5NO₂ + H₂O (t⁰)

- Trong công nghiệp:                          

Ca₃(PO₄)₂ + 3H₂SO₄ đặc → 3CaSO₄ + 2H₃PO₄ (t⁰)

Để điều chế H₃PO₄ với độ tinh khiết cao ta dùng sơ đồ: P → P₂O₅ → H₃PO₄

4P + 5O₂ → 2P₂O₅

P₂O₅ + 3H₂O → 2H₃PO₄

4. Nhận biết

- Làm quỳ tím chuyển thành màu đỏ.

- Tạo kết tủa vàng với dung dịch AgNO₃.

IV. MUỐI PHOTPHAT

1. Khái niệm và tính chất vật lí

- Có 3 loại: PO₄^3-, HPO₄^2- và H₂PO₄^-.

- Tất cả muối H₂PO₄^- đều tan; muối PO₄^3- và HPO₄^2- chỉ có muối của kim loại kiềm và amoni tan được.

2. Tính chất hóa học

-  Muối photphat có đầy đủ các tính chất hóa học của muối.

-  Các muối photphat của kim loại kiềm dễ bị thủy phân trong dung dịch tạo môi trường bazơ:

Na₃PO₄ → 3Na⁺ + PO₄^3-

PO₄^3- + H₂O → HPO₄^2- + OH^-

-  Muối axit còn biểu hiện tính chất của axit.

NaH₂PO₄ + NaOH → Na₂HPO₄ + H₂O

3. Điều chế

- Cho P₂O₅ hoặc H₃PO₄ tác dụng với dung dịch  kiềm.

- Dùng phản ứng trao đổi ion.

4. Nhận biết   

     Nhận biết ion PO₄^3- bằng dung dịch AgNO₃:

3Ag⁺ + PO₄^3- → Ag₃PO₄ (kết tủa vàng)

     Sau đây, hochoaonline.net giới thiệu một số câu hỏi lí thuyết về photpho và hợp chất của photpho: