Характеристика фосфора

Характеристика фосфора
1. Положение в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева и строение
атома.
Р – фосфор –
Число электронов на внешнем уровне Электронная формула внешнего уровня -
Заряд ядра р+ n° ēСтепени окисления 2. Фосфор как простое вещество.
охлаждение
t
а) получение:
1. Ca3(PO4)2 + SiO2 + C → CaSiO3 + CO↑ + P2↑
P2 → P4 (белый фосфор)
200-220°С, р
250-300°С
2. Рбелый → Ркрасный. 3. Рбелый → Рчерный.
б) физические свойства аллотропных модификаций:
Свойства
Рбелый
Р4
молекулярная
кристаллическая решетка,
молекула Р4 имеет форму
тетраэдра
Ркрасный
Рчерный
атомное
строение,
тетраэдры Р4 соединены
между собой ковалентными
связями в бесконечные
цепи
Рх атомная кристаллическая
Рn
Строение
Внешний вид
Растворимость
tплавления
Плотность
не растворяется в воде,
растворяется в сероуглероде
44°С
1,83 г/см3
не растворяется ни в воде, ни в
сероуглероде
593°С
2-2,4 г/см3
решетка,
объемные
шестиугольники с атомами
фосфора связаны друг с
другом в слои, похож на
графит
черный порошок, жирный на ощупь
не растворяется ни в воде, ни в
сероуглероде
≈ 1000°С
2,7 г/см3
Химическая
активность
Ядовитость
сильно ядовит
не ядовиты
в) химические свойства:
как восстановитель
как окислитель
Взаимодействует с неметаллами
Взаимодействует с металлами, образуя фосфиды
Р + О2 →
Na + P →
Р2О5 → Н3РО4 → Ag3PO4
Ca + P →
P+S→
P + Cl2 →
Взаимодействует со сложными веществами –
окислителями
P + KClO3 → P2O5 + KCl
г) содержание:
- в земной коре – 0,1%, важнейшие минералы – фосфорит (Са5(РО4)3(ОН,СО3)), апатит (Са5(РО4)3(F,Cl));
- в растительности – в белках семян;
- в животных организмах: в белках молока, крови, мозговой и нервных тканях, в костях (3Са3(РО4)2 ·
Ca(OH)2 и 3Са3(РО4)2 · CaСO3 · Н2О), в ДНК, РНК (хранят и передают наследственную информацию), АТФ
(отвечает за энергетический обмен).
д) применение фосфора и его соединений: спички; изготовление полупроводников (GaP, InP), удобрения,
фосфорорганические соединения (дихлофос, карбофос, гербициды, нервно-паралитические газы и т.д.),
смягчения воды, средство для снятия известкового налета (антинакипин).
е) меры предосторожности при работе с фосфором и его соединениями:
- избегать употребления молока и жиров;
- при отравлении используют атропин, раствор марганцовки, кофе.
ОТКРЫТЫЙ УРОК ХИМИИ по теме:
"ФОСФОР, его значение, свойства и применение".
Цели урока: 1. Рассмотреть строение и свойства фосфора.
2. Определить роль фосфора в природе, в жизни людей и народном хозяйстве.
3. Проверить знания учащихся по неорганической химии.
4. Раскрыть межпредметные связи (химии, биологии, истории, литературы).
5. Способствовать развитию интереса к химической науке.
Оборудование и реактивы: пробирки, стеклянная палочка, ложечки для сжигания
веществ, стеклянные цилиндры, стаканчики, спиртовка, вата, колбы, красный фосфор,
кислород, вода, нитрат серебра, индикатор.
Учитель: Тема сегодняшнего урока "ФОСФОР, его значение, свойства и
применение".
Все вы наверняка смотрели фильм или читали произведение Конан Дойля "Собака
Баскервилей", где вы могли услышать об этом элементе. (включаем отрывок фильма).
Мы должны с вами сегодня выяснить, действительно ли это был фосфор, можно ли
его использовать для свечения? Какими полезными и вредными свойствами он еще
обладает, и где мы встречаемся с ним или его соединениями в быту. Кроме этого, мы
повторим свойства неметаллов применительно к фосфору. Перед вами находятся листы с
которыми мы будем работать в ходе этого урока.
Для начала, с помощью периодической системы химических элементов
Д.И. Менделеева определим, строение его атомов и положение в системе.
Ответ ученика: фосфор находится в третьем периоде, в пятой группе, главной
подгруппы.
Заряд ядра - + 15
Число электронов на внешнем уровне - 5
+
р - 15
Электронная формула внешнего уровня – 3s23p3
P*
↑↓
↑
↑
↑
↑
↑
↑
↑
↑
n° - 16
ē - 15
Степени окисления - -3+3+5
Вывод: фосфор может проявлять окислительные и восстановительные свойства,
образуя соединения со степенями окисления -3+3+5.
Давайте теперь дадим характеристику фосфору как простому веществу.
Фосфор как простое вещество
Учитель: Образует множество аллотропных модификаций. Из них мы рассмотрим
фосфор белый, черный и красный. Как их получают? Фосфор – это следующий за азотом
элемент пятой группы. Но открыт он был на несколько столетий раньше своего
предшественника. По иронии судьбы фосфор открывали несколько раз, причем всякий
раз получали его из мочи. Право первооткрывателя принадлежит гамбургскому
алхимику-любителю Хённигу Бранду. В 1669 году Бранд был занят поиском магической
жидкости, с помощью которой можно превращать неблагородные металлы в золото.
Видно с реактивами (как и в наше время) было плохо, и он получал ее из большого
количества мочи, предварительно собранной в солдатских казармах. Обработав ее, он
заметил образование белого дыма, оседавшего на стенках сосуда и ярко светившегося в
темноте. Фосфор в переводе с греческого означает "светоносец". "Рецепт приготовления"
фосфора хранился в строжайшей тайне. Даже в 1680 году независимо от Бранда
английский физик и химик Роберт Бойль выделил фосфор, но открыто не опубликовал,
как это делается. Но ни Бранду, ни Бойлю это богатство не принесло. Это удалось только
ловким мошенникам, сумевшим выведать у них секрет получения фосфора. В 1774 году
шведский химик и аптекарь Карл-Вильгельм Шееле разработал получение фосфора из
рога и костей животных. В наши дни фосфор производят в электрических печах,
восстанавливая фосфат кальция углем в присутствии кремнезема. Посмотрим на эту
реакцию и уравняем ее.
охлаждение
t =1600°
1. Ca3(PO4)2 + 3SiO2 + 5C → 3CaSiO3 + 5CO↑ + P2↑
расставляет ученик]
P2 → P4 (белый фосфор) [коэффициенты
200-220°С, р
250-300°С
2. Рбелый → Ркрасный.
свойства его похожи на красный)
3. Рбелый → Рчерный (черный фосфор на уроке не увидим, но
Физические свойства фосфора
Проведем сравнительную характеристику физических свойств фосфора и
посмотрим, как эти свойства связаны со строением.
Свойства
Рбелый
Ркрасный
Рчерный
Р4
молекулярная Рn
атомное
строение, Рх атомная кристаллическая
кристаллическая решетка, тетраэдры Р4 соединены
молекула Р4 имеет форму между собой ковалентными
тетраэдра
связями в бесконечные
цепи
решетка,
объемные
шестиугольники с атомами
фосфора связаны друг с
другом в слои, похож на
графит
воскообразное вещество
темно-малиновый порошок
бледно-желтого цвета
не растворяется в воде,
не растворяется ни в воде, ни
растворяется в сероуглероде
в сероуглероде
черный порошок, жирный
на ощупь
не растворяется ни в воде,
ни в сероуглероде
Строение
Внешний вид
Растворимость
tплавления
Плотность
Химическая
активность
Ядовитость
44°С
1,83 г/см3
593°С
2-2,4 г/см3
≈ 1000°С
2,7 г/см3
самый активный, светится
бледно-голубым светом изменее химически активны, не светятся, температура
за медленного окисления,
самовоспламенения больше 200°С
самовоспламеняется на
воздухе
сильно ядовит (смертельная
доза 0.1г примерно такая
не ядовиты
же и у цианистого калия)
Ответ ученика: У белого фосфора непрочная кристаллическая решетка по
сравнению с красным и черным, поэтому у него самые низкие значения физических
величин и наиболее высокая химическая активность.
Учитель: Действительно, посмотрим в таблице на температуру плавления и
плотность. У белого фосфора эти показатели самые низкие, кроме того, белый фосфор
растворяется в сероуглероде, а остальные не в чем не растворяются.
Для доказательства высокой реакционной способности проведем опыт: из красного
фосфора получим белый и вынимая стеклянную палочку, на которую осел белый
фосфор, мы видим, что он самовоспламеняется. Запишем в таблицу внешний вид
красного и белого фосфора, а так же их химическую активность. Какой фосфор может
светиться, и каким светом? Могли ли собаку намазать белым фосфором, если он
обладает такими свойствами?
Ответ ученика: Белый фосфор, бледно-голубым. Нет.
Учитель: Рассмотрев физические свойства, давайте перейдем к химическим.
Химические свойства фосфора.
как восстановитель
Взаимодействует с неметаллами
4Р + 5О2 → 2Р2О5
3ē
20ē
red
как окислитель
Взаимодействует с металлами, образуя фосфиды
3Na + P → Na3P
red
ox
ox
Ca + P →
Р2О5 → Н3РО4 → Ag3PO4
P+S→
P + Cl2 →
Взаимодействует со сложными веществами – окислителями
6P + 5KClO3 → 3P2O5 + 5KCl
2Р - 10ē → 2Р 3
Cl + 6ē → Cl
5
Светимость и самовоспламенение фосфора происходит из-за его взаимодействия с
кислородом. Проводим опыт: сжигаем фосфор в чистом кислороде, затем в этот сосуд
добавляем воды, закрываем крышкой и встряхиваем до полного растворения дыма,
полученный раствор делим на две пробирки, к одной добавляем индикатор, к другой –
раствор нитрата серебра. Какие реакции вы наблюдали?
Ответ ученика: Фосфор при сжигании образует оксид фосфора (V), который при
растворении в воде дает фосфорную кислоту. В первом случае она изменяет окраску
индикатора, во втором – она взаимодействует с нитратом серебра, образуя фосфат
серебра.
Учитель: Вернемся к таблице с уравнениями, разберем первую реакцию. В
таблице написана данная цепочка превращений, для которой вы должны написать
уравнения реакций дома. Именно ион серебра является качественным реактивом на
фосфорную кислоту и его соли.
Вы видели, что оксид фосфора (V) образуется в виде густого белого дыма. Во
время Великой Отечественной войны данную реакцию использовали для создания
дымовых завес. В первые годы войны было поручено организовать производство
фосфорсодержащих веществ и на их основе зажигательных средств для
противотанкового оружия. На опытном заводе НИИ удобрений и инсектофунгицидов,
директором которого в годы войны был крупнейший советский химик-технолог Семен
Исаакович Вольфкович, было налажено производство сплавов фосфора с серой, которые
заливались в стеклянные бутылки и служили зажигательными противотанковыми
"бомбами". Но изготовление и метание таких бомб было опасно. Уже в 1942 году
Вольфкович с сотрудниками разработал условия, исключающие опасность изготовления,
транспортировки и применение этих бомб. Им было разработано и организовано на
металлургических заводах Урала получение фосфора в доменных печах. Для борьбы с
многочисленными пожарами, возникающих от сброшенных вражескими самолетами
бомб, по предложению Вольфковича были созданы специальные растворы солей
фосфорной кислоты. Взаимодействие фосфора с серой и фосфора с хлором, вы допишите
дома.
Кроме того, фосфор реагирует со сложными веществами-окислителями. Уравняйте
ее с помощью электронного баланса. Предложенная в таблице реакция происходит при
зажигании спичек. Зажигательная поверхность спичечного коробка покрыта смесью
красного фосфора и других веществ (порошка стекла, сульфида сурьмы (III), оксида
железа (III) (который придает цвет), карбоната кальция). Спичечная головка состоит из
окислителей, например бертолетовой соли и других (оксида марганца (IV), бихромата
калия) и горючих веществ (серы, сульфида фосфора (III) и различных животных и
растительных клеев, стеклянного порошка и оксида железа (III)). Постарайтесь узнать,
какие еще вещества входят в состав современных спичек.
В середине XIX века были изобретены фосфорные спички, которые состояли из
белого фосфора, бертолетовой соли и клея. Они загорались при трении о любую
шероховатую поверхность. Это приводило к пожарам, а также регистрировали случаи
отравления при их производстве. Этими спичками пользовались и самоубийцы, т.к.
достаточно было съесть несколько головок для получения смертельной дозы, и от этих
спичек отказались.
Как окислитель фосфор взаимодействует с металлами, образуя фосфиды? Эти
реакции используют для получения полупроводниковых материалов. Одно уравнение мы
разберем с вами в классе, а другое – допишите дома.
Где же содержатся соединения фосфора?
Содержание фосфора.
В земной коре – 0,1%, важнейшие минералы – фосфорит (Са5(РО4)3(ОН,СО3)),
апатит (Са5(РО4)3(F,Cl)). Кроме этих минералов в природе встречается очень красивый
минерал – бирюза (водный фосфат меди и алюминия).Про него сложены красивые
легенды. (Фильм)
Посмотрите в таблицу, где фосфор содержится в растениях и животных?
Ученик: В растениях содержится фосфор в белках семян.
В животных организмах: в белках молока, крови, мозговой и нервных тканях, в
костях (3Са3(РО4)2 · Ca(OH)2 и 3Са3(РО4)2 · CaСO3 · Н2О), в ДНК, РНК (хранят и
передают наследственную информацию), АТФ (отвечает за энергетический обмен).
Учитель: Более подробную информацию о ДНК, РНК и АТФ можете прочитать в
учебнике в §27. Наиболее богатые фосфором рыба (180 мг в 100 г), фасоль (540 мг на 100
г), некоторые виды сыра, особенно плавленого (до 600 мг на 100г). Мы должны
соблюдать баланс между количеством потребляемого фосфора и кальция: оптимальное
соотношение этих элементов в пище составляет 1,5 к 1. Избыток богатой фосфором
пищи приводит к вымыванию кальция из костей, а при избытке кальция развивается
мочекаменная болезнь.
Где же применяют Фосфор и его соединения?
Применение фосфора и его соединений.
Ученик: Фосфор применяется при изготовлении спичек, полупроводников. Так же
его соединения используют как фосфорные удобрения.
Учитель: Удобрения способствуют плодоношению растений. Т.к. большинство
фосфорных соединений не растворимо, то удобрения лучше применять под зиму, когда
происходит гниение и вырабатывается глутаминовая кислота, которая переводит
нерастворимые фосфаты в растворимые дигидрофосфаты (растения могут усваивать
только растворы). Соединения фосфора применяют для смягчения воды, а так же для
снятия известкового налета. Фосфорорганические вещества, а именно карбофос,
хлорофос, дихлофос …, применяются для борьбы с вредными насекомыми, гербициды –
для уничтожения сорной растительности. Фосфорорганические вещества – это также
группа "нервных ядов" (зарин, табун, VX-газ) имеется на вооружении многих армий.
Механизм воздействия заключается в уничтожении фермента, который отвечает за
нервную проводимость в центральной и периферической нервной системе. Эти газы
были получены во время Великой Отечественной войны. При возгорании магазина
бытовой химии есть опасность образования нервнопаралитических газов, содержащих
фосфор, поэтому необходимо знать меры предосторожности.
Меры предосторожности при работе с фосфором и его соединениями.
Необходимо избегать употребления молока и жиров. При попадании
расплавленного фосфора на тело образуются ожоги. При ожогах это место промывают
спиртом, медным купоросом, слабым раствором марганцовки. При отравлении
фосфором может помочь кофе, при сильном отравлении необходимо вызвать рвоту,
выпить слабый раствор марганцовки, проводить курс лечения атропином.
ВЫВОД: Итак, мы рассмотрели фосфор, его свойства и значение. Для закрепления
проведем игру. Делимся на три команды по рядам. Каждой команде задается по 3
вопроса. За каждый правильный ответ присуждается 1 балл. Команда победитель
получит на один балл больше в предстоящей самостоятельной работе на следующем
уроке.
ВОПРОСЫ
1. Какой фосфор ядовит и светится?
2. Как называются соединения фосфора с металлом?
3. Каким реактивом можно распознать фосфорную кислоту и ее соли?
4. Как получить красный фосфор?
5. Чего нужно избегать при работе с фосфором?
6. Какие степени окисления может иметь фосфор в соединениях?
7. Когда лучше использовать фосфорные удобрения?
8. Где фосфор использовался во время ВОВ?
9. Какой фосфор похож на графит?