*(PH3是无色、剧毒、有大蒜气味的气体。纯PH3在空气中的燃点是150℃,含有P2H4时的 燃点是39℃,易自燃。)(磷化氢PH3又称为膦,P2H4称为双膦或联膦。) 由磷化物(Ca3P2、Zn3P2、AlP)水解、碘化磷和碱反应都能生成PH3。(Ca3P2、Zn3P2、AlP 用作鼠药、粮食仓库的熏蒸剂。)Ca3P2+6H2O=3Ca(OH)2+2PH3↑,
Ca3P2+6H2O=3Ca(OH)2+P2H4↑+H2↑,Zn3P2+6H2O=3Zn(OH)2+2PH3↑, AlP+3H2O=Al(OH)3+PH3↑,PH4I+NaOH=NaI+PH3↑+H2O
⑷、白磷跟热、浓碱液反应-歧化反应 P4+3KOH+3H2O
PH3+3KH2PO2(次磷酸钾)次磷酸H3PO2一元中强酸
H H-O-P→O H ⑸、白磷跟溶液的反应
11P+15CuSO4(热溶液)+24H2O Δ 5Cu3P+6H3PO4+15H2SO4,反应①; 2P+5CuSO4(冷溶液)+8H2O=5Cu+2H3PO4+5H2SO4,反应②;
白磷是剧毒物,对人的致死量为0.1g。若皮肤接触了白磷,可在接触处涂0.2mol·L1CuSO4 溶液;若误服了白磷,应立即饮一杯约含0.25gCuSO4的溶液。 *附化学方程式配平
反应①,Cu2++P—Cu3P+H3PO4
{3Cu2++P→Cu3P,Cu:3[(+2)→(+1)]得3e,P:0→(3)得3e,共得6e;}×5
{P→H3PO4,P:0→(+5)失5e;}×6
根据得电子总数=失电子总数,写出11P+15Cu2+—5Cu3P+6H3PO4,∵在酸性介质,左端比右端的O原子数少24,∴在左端应加24H2O,以提供24 O原子,在右端增加24H+离子。于是有11P+15CuSO4+24H2O→5Cu3P+6H3PO4+15H2SO4,核对无误。
反应②,P+Cu2+—Cu+H3PO4 {Cu2+→Cu,Cu:(+2)→0得2e,}×5 {P→H3PO4,P:0→(+5)失5e;}×2
根据得电子总数=失电子总数,写出2P+5Cu2+—5Cu+2H3PO4,∵在酸性介质,左端比右端的O原子数少8,∴在左端应加8H2O,以提供8 O原子,在右端增加16H+离子。于是有2P+5CuSO4+8H2O==5Cu+2H3PO4+5H2SO4,核对无误。
失2×5e- 2P+5CuSO4+8H2O=5Cu+2H3PO4+5H2SO4 得5×2e- 得5×3e- 得15×e- 11P+15CuSO4(热溶液)+24H2O失6×5e- 3、磷的用途
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5Cu3P+6H3PO4+15H2SO4
⑴、白磷用于制备高纯度的磷酸;
⑵、白磷用于制造燃烧弹、信号弹、烟幕弹。在第二次世界大战期间,美国军用白磷占其总消费量的60%。P4+5O2点燃 P4O10;ΔrHm =-2983.2kJ/mol,白色浓烟P2O5遇H2O汽,生成磷酸H3PO4和偏磷酸HPO3酸雾液滴。此外,烟幕弹还有其他类型(参阅碳族元素部分)。 ⑶、白磷、红磷用于制备有机磷农药; ⑷、红磷用于制安全火柴
①、火柴盒侧面涂有红磷(发火剂)、三硫化二锑(Sb2S3橙红色,易燃物)、玻璃粉(摩擦剂)、胶等。
②、火柴头上的头药一般是氧化剂:KClO3(占头药的50%)、MnO2,还原剂:易燃物S以及粘合剂:皮胶、阿拉伯树胶,鞣化剂:K2Cr2O7,填充剂:氯化锌(能减缓燃烧速度)、和玻璃粉等。
③、抗风抗潮火柴,火柴杆先经1.3%的(NH4)2HPO4或(NH4)3PO4溶液或H3PO4浸渍处理,使火柴杆不会烧成灰烬,只是变成黑色的焦杆。干燥后蘸上蜡油,再蘸上头药。
④、木梗(以椴、杨木为最好)。 附:
ⅰ、KClO3熔点368℃,400℃分解放出O2,有MnO2催化时150℃~240℃分解放出O2。 ⅱ、S着火点363℃。 ⅲ、(NH)PO Δ 3NH+HPO,(NH)PO热分解温度30℃;2HPO Δ HPO+HO,HPO
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4
3
3
4
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4
3
4
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7
2
3
4
在250℃失H2O生成H4P2O7。∵焦磷酸H4P2O7的熔点低(61℃),立即凝结,∴可保持火柴杆不断。
ⅳ、2SbS+9O Δ 2SbO(白色固:烟,易挥发)+6SO↑∴SbS在军事上可作发烟剂。
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2
2
3
2
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二、五氧化二磷P2O5(即P4O10)
白色雪花状固体,熔点563℃,易升华(359℃升华);跟水亲合力极强,是一种强干燥剂(不能干燥NH3)。P2O5是磷酸的酸酐,P2O5+3H2O(热水)=2H3PO4磷酸,P2O5+H2O(冷水)=2HPO3偏磷酸。
O OH ↑ H-O-P→O 偏磷酸,剧毒 H-O-P→O 磷酸,无毒
P2O5脱水性极强,P2O5+3H2SO4=3SO3+2H3PO4, P2O5+6HNO3=3N2O5+2H3PO4 。 三、磷酸(★附2:磷的含氧酸,见后面。) 1、物理性质
⑴、无色透明晶体,熔点42.35℃,具有吸湿性,易溶于水,和水能以任何比例混合,难挥发。(加热时,磷酸逐渐脱水生成焦磷酸、三磷酸或偏磷酸,因此,磷酸没有自身的沸点。) ⑵、常用的磷酸是一种无色粘稠(由于具有被氢键连接的四面体结构)的不挥发性的浓溶液,ω(H3PO4)=83%~98%,沸点高。nH3PO4脱去(n-1)H2O→链状多磷酸(如焦磷酸、三磷酸……等);nH3PO4脱去nH2O→环状多磷酸(HPO3)n 。
OH 17
O O ↑ ↑ HO-P-OH + HO-P-OH OH OH -H2O 200℃~300℃ O O ↑ ↑ HO-P- O -P-OH OH OH H4P2O7焦磷酸 O O O O O O ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ -2H2O HO-P-O -P- O-P-OH HO-P-OH + HO-P-OH + HO-P-OH 300℃以上 OH OH OH OH OH OH H5P3O10三磷酸 O O ↑ ↑ HO-P-OH + HO-P-OH OH + OH OH + OH -4H2O 400℃以上 O O ↑ ↑ HO-P- O -P-OH O O (HPO3)4四偏磷酸
HO-P-OH + HO-P-OH ↓ ↓ O O HO-P-O - P-OH ↓ ↓ O O
2、化学性质
⑴、中强三元酸Ka1=7.5×103,Ka2=6.2×108,Ka3=2.2×1013。它对石蕊试液和酚酞试液的作用以及跟活泼金属、某些金属氧化物、碱等所起的反应,都说明它具有酸的通性。 ⑵、不易分解,比硝酸稳定;
⑶、在350℃~400℃以下实质没有氧化性。在高温磷酸与金属很好地反应而且被还原;高温时磷酸还能腐蚀石英。
φa ,H3PO4+2H++2eφb ,PO3-
4+2H2O+2e
H3PO3+H2O, φ ( H3PO4/ H3PO3)=-0.276V,
2- φ (PO3-
HPO2- , 3+3OH, 4/HPO3)=-1.05V
硅酸盐玻璃能抵抗硫酸、硝酸、盐酸的侵蚀,因为玻璃表面形成的SiO2凝胶薄膜致密,
不与硫酸、硝酸、盐酸作用。但是,热的磷酸对石英玻璃有腐蚀作用(150℃以上开始腐蚀,300℃~400℃腐蚀加快)。磷酸水溶液能侵蚀大多数玻璃表面。磷酸的侵蚀作用在于破坏玻璃的[SiO4]骨架网状结构,使其表面成为多孔的硅酸盐玻璃。 ⑷、与过渡金属离子形成配合物。
无色的[Fe(HPO4)]+、[Fe(HPO4)2]-等配离子 3、制法 ⑴、纯品:
4P(白磷)+5O2点燃 2P2O5,P2O5+3H2O2H3PO4;
3P(白磷)+5HNO3(浓)+2H2O Δ 3H3PO4+5NO↑;
⑵、工业品:
Ca3(PO4)2+3H2SO4(浓,76%) Δ 2H3PO4+3CaSO4,
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四、磷酸盐
(正盐、磷酸一氢盐、磷酸二氢盐;例如,磷酸钠Na3PO4,磷酸氢二钠Na2HPO4,磷酸二氢钠NaH2PO4。)
1、三种类型磷酸盐的溶解性
⑴、所有的磷酸二氢盐都易溶于水;
⑵、磷酸一氢盐和磷酸的正盐,除了K+、Na+和NH+ 4离子的盐外,几乎都不溶于水。 2、PO3- 4的检验
+
3Ag++PO3- 4=Ag3PO4↓(黄色,溶于稀HNO3),AgNO3试剂提供Ag,若被检验的是H3PO4,则先用NaOH或NH3·H2O中和成可溶性的磷酸盐,然后再用AgNO3试剂检验。 3、磷酸盐的用途 ⑴、磷肥
①、磷矿粉Ca3(PO4)2,难溶于水,非常缓慢地溶于土壤里的多种酸中,属于迟效肥。 Ca3(PO4)2+2H2SO4+4H2O={Ca(H2PO4)2+2[CaSO4·2H2O]},过磷酸钙、过磷酸石灰,(普钙)。
Ca3(PO4)2+4H3PO4=3Ca(H2PO4)2,重过磷酸钙,(重钙)。 ②、复合肥料:(NH4)2HPO4、NH4H2PO4、KH2PO4。 ⑵、阻燃剂 (NH4)2HPO4 140℃ 2NH3+H3PO4,H3PO4能催化纤维炭化,(NH4)2HPO4在造纸、纺织等生
产过程中被用作纤维的“阻燃剂”,也是森林灭火剂的成分。 ⑶、软水剂:三聚磷酸钠(Na5P3O10)、链状的多聚磷酸钠(Nax+2PxO3x+1 ,其中x=20~100);⑷、牙膏中的摩擦剂之一、二,焦磷酸钙Ca2P2O7,磷酸氢钙CaHPO4; ⑸、食品工业用Ca(H2PO4)2和NH4HCO3混合制发酵粉、焙粉。 ★附1、亚硝酸HNO2
1、弱酸性:HNO2的水溶液是弱酸,比醋酸略强,Ka=4.6x104。
2、不稳定性:等物质的量的NO和NO2溶于冰水得HNO2,若溶于碱则得亚硝酸盐:
NO+NO2++H2O=2HNO2,NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O
∵HNO2(只在低于0℃、浓度小时才稳定)不稳定,放置,逐渐分解,受热立即分解:
3HNO2=HNO3+2NO+H2O
∴目前尚未制得纯HNO2,但其盐和酯却相当稳定。 3、NO2-兼有氧化性和还原性,以氧化性为主。
φa :HNO2+H++e
NO+H2O φ (HNO2 /NO)=0.98V,
NO3-+3H++2e-
HNO2+H2O φ (NO3-/HNO2)=0.94V;
NO2-+2OH- φ (NO3-/NO2-)=0.01V,
φb :NO3-+H2O+2e-
NO2-+H2O+e-
NO+2OH- φ (NO2-/NO)=-0.46V;
在酸性介质中,NO2-能I-将定量氧化成I2。(分析化学上用这个反应测定NO2-含量)
2NO2-+2I-+4H+==2NO+I2+2H2O
遇强氧化剂,MnO4-、ClO-被氧化成NO3-;
5NO2-+2MnO4-+6H+→2Mn2++5NO3-+3H2O, NO2-+Cl2+H2O→2Cl-+NO3-+2H+ 在碱性溶液中,当遇到更强还原剂时,NO2-则成了氧化剂,例如,
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2Al+NO2-+OH-+H2O→NH3+2AlO2-
4、配位性:NO2-作为配位体能和许多金属离子(Fe2+、Co2+、Cr3+、Cu2+、Pt2+等)形成配离子,如Co(NO2)3- 6
5、亚硝酸盐:ⅠA、ⅡA族(包括NH+ 4)的亚硝酸盐都是白色晶体(略带黄色),易溶于水,受热时比较稳定(铵盐除外)。重金属的亚硝酸盐微溶于水,热分解温度低,如AgNO3于100℃开始分解。亚硝酸盐一般有毒,并且易转化为致癌物质亚硝胺。 ★附2:磷的含氧酸
磷酸H3PO4(P,+5,三元中强酸),亚磷酸H3PO3(P,+3,二元中强酸),次磷酸H3PO2(P,+1,一元中强酸)。
★附3:补充NH3的还原性
NH3在水溶液中能被许多强氧化剂Cl2、H2O2、HClO、KMnO4……所氧化,例如 8NH3+3X2=N2+6NH4X(X=Cl,Br)(2NH3+3X2=N2+6HX ,6NH3+6HX=6NH4X) 1、NH3和Cl2的反应
⑴、常温下,在水溶液中,若NH3过量,2NH3+3Cl2=N2+6HCl,
+) 6NH3+6HCl=6NH4Cl 8NH3+3Cl2=N2+6NH4Cl
⑵、在pH>8.5时,形成氯代胺NH2Cl,在pH=4.5~5.0时,形成二氯化胺NHCl2,在pH<4.4时,形成NCl3; ,NH3+HClOpH>8.5 pH<3 NH2Cl+H2O,NH3+2HClONCl3+3H2O,
pH=4.5~5.0 NHCl2+2H2O,
NH3+3HClO Cl2+H2OHCl+HClO NH3+HClO=NH2Cl+H2O +) NH3+HCl=NH4Cl 2NH3+Cl2=NH2Cl+NH4Cl
⑶、若Cl2过量,NH3+3Cl2=NCl3+3HCl, 2、三氯化氮NCl3的性质、用途和制法: ⑴、物理性质:
黄绿色油状液体,具有挥发性,ρ20℃=1.65g/cm3,m.p.-40℃,b.p.71℃,超过沸点或受振动即发生爆炸性分解,具有爆炸性和光敏性,稀薄气体危险性小。有毒,不溶于冷水,在热水中分解,在潮湿空气中水解,在碱性溶液中用于制取ClO2。溶于苯、CS2、CCl4。在工业上,它的蒸气已大量用于面粉的漂白和杀菌消毒。 ⑵、化学性质:
①、在水和碱溶液中水解,其水解产物和同一族的不同
NCl3+3H2O=NH3+3HClO,PCl3+3H2O=H3PO3+3HCl,
这是因为NCl3分子中N原子的价电子层没有可利用的d轨道,原子体积又较小,不能接受H2O分子中O原子上孤对电子(亲核体)的进攻,相反是N原子的孤对电子进攻H2O分子中H原子。同时NCl3分子中正电性较大的Cl原子(按阿莱-罗周电负性标度)亲电子能力强,易接受H2O分子中O原子(亲核体)的进攻。*(XN电负性:鲍林标度3.04,阿莱-罗周标度3.07)(XCl电负性:鲍林标度3.16,阿莱-罗周标度2.83)。
因此NCl3+3H2O=NH3+3HClO,是下列反应相加的结果:NCl3+H2O→NHCl2+HClO, NHCl2+H2O→NH2Cl+HClO,NH2Cl+H2O→NH3+HClO,
接着,生成的NH3又被HClO氧化为,故总反应为:2NCl3+3H2O==N2+3HClO+3HCl,
×2) NCl3+3H2O→NH3+3HClO
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+) 2NH3+3HClO→N2+3HCl+3H2O 总反应:2NCl3+3H2O→N2+3HClO+3HCl
②、在碱性溶液中制取ClO2
NCl3+3H2O+6NaClO2→6ClO2+3NaCl+3NaOH+NH3 2NCl3+6NaClO2→6ClO2+6NaCl+N2 ③、爆炸性分解:2NCl3⑶、工业制法:
①、NH4Cl(浓溶液)+3Cl2(过量) pH<4.4 加热至90℃或日光照或冲击 N2+3Cl2;ΔrH°m=-459.8kJ/mol
3HCl+NCl3(用CCl4萃取)
②、pH=4时电解NH4Cl溶液制NCl3,用流动空气把气体产物带出电解槽而直接使用。 *参考书 1、《无机化学》第四版 下册P534~P535,北京师范大学 华中范大学 南京范大学等无机化学教研室编 高等教育出版社 2、《高等无机化学》上册P493,[美]科顿 [英]威尔金森 著 北京师范大学 兰州大学 吉林大学 辽宁大学 译,关实之 傅孝愿 赵继周 校 人民教育出版社
3、普通无机化学》第二版 P84,严宣审 王长富 编著 北京大学出版社 4、《元素化学》中册P54,[英]N.N.格林伍德 A.厄恩肖 著 曹庭礼 王致勇 单 辉 白桂蓉等译,北京师范大学出版社
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