ГДЗ по химии 9 класс, базовый уровень учебник Габриелян, Остроумов — страница 103

   Атомный номер фосфора 15, следовательно, в ядре атома фосфора 15 протонов, а электронную оболочку составляют 15 электронов. Поскольку фосфор — элемент третьего периода, электроны в атоме располагаются на трех энергетических уровнях:

   ¹⁵P 2ē, 8ē, 5ē

   Фосфор — типичный неметалл. Для завершения внешнего энергетического уровня до устойчивой восьмиэлектронной оболочки атому фосфора недостает трех электронов. В отличие от атома азота, пять внешних электронов находятся на большем расстоянии от ядра атома и менее прочно с ним связаны. Следовательно, неметаллические свойства у фосфора выражены слабее, чем у азота. Тем не менее при образовании связей с атомами менее электроотрицательных элементов, в первую очередь металлов и водорода, атом фосфора принимает недостающие три электрона и приобретает минимальную степень окисления − 3. Максимальная же степень окисления, которую фосфор проявляет в соединениях с более электроотрицательными элементами, определяется числом валентных электронов и равна + 5.

   Фосфор образует несколько аллотропных модификаций, среди которых наиболее известны белый и красный фосфор.
   Белый фосфор — воскоподобное вещество, легко режется ножом, плавится уже при температуре 44°C. В твердом состоянии имеет молекулярную кристаллическую решетку, а его молекулы состоят из четырех атомов, расположенных в вершинах правильного тетраэдра. Именно поэтому формулу белого фосфора записывают так: P₄.
   Белый фосфор очень реакционноспособен. При ограниченном доступе воздуха он окисляется кислородом, при этом наблюдается зеленоватое свечение. Это явление называют хемилюминесценцией. Во избежание окисления белый фосфор хранят под слоем воды, в которой он практически не растворим.
   Белый фосфор чрезвычайно ядовит, самовоспламеняется на открытом воздухе, а также при контакте с кожей.
   При нагревании без доступа воздуха белый фосфор превращается в другую аллотропную модификацию — красный фосфор. Это твердое вещество красно-бурого цвета. Красный фосфор менее активен, устойчив на воздухе, нетоксичен, не обладает способностью светиться на воздухе, но при поджигании легко загорается и горит ярким пламенем с выделением густого белого дыма.

   При нагревании без доступа воздуха белый фосфор превращается в другую аллотропную модификацию — красный фосфор.
   Окислительные свойства фосфор проявляет по отношению к металлам. Продукты взаимодействия, в которых фосфор проявляет степень окисления − 3, называют фосфидами. Например, при нагревании фосфора с металлическим кальцием образуются красно-коричневые кристаллы фосфида кальция:

      3Ca + 2P = Ca₃P₂

   Фосфиды щелочных и щелочноземельных металлов разлагаются водой, при этом образуется летучее водородное соединение фосфора — фосфин:

      Ca₃P₂ + 6H₂O = 3Ca(OH)₂ + 2PH₃

   Фосфин — бесцветный газ с резким неприятным запахом испорченной рыбы, на воздухе самовозгорается:

      2PH₃ + 4O₂ = P₂O₅ + 3H₂O

   Восстановительные свойства фосфор проявляет по отношению к кислороду, галогенам, а также сложным веществам — окислителям. Например, в атмосфере хлора фосфор сгорает с образованием хлорида фосфора(V):

      2P + 5Cl₂ = 2PCl₅

   Концентрированная азотная кислота окисляет фосфор до фосфорной кислоты:

      P + 5HNO₃ = H₃PO₄ + 5NO₂ + H₂O

   Применяется для производства фосфорной кислоты.

   P → Ca₃P₂ → PH₃ → P₂O₅ → H₃PO₄ → K₃PO₄ → Ag₃PO₄

   3Ca + 2P = Ca₃P₂

   Ca₃P₂ + 6H₂O = 3Ca(OH)₂ + 2PH₃

   2PH₃ + 4O₂ = P₂O₅ + 3H₂O

   O₂⁰ + 4ē → 2O⁻² — окислитель, процесс восстановления
   P⁻³ − 8ē → P⁺⁵ — восстановитель, процесс окисления

   P₂O₅ + 3H₂O = 2H₃PO₄

   H₃PO₄ + 3KOH = K₃PO₄ + 3H₂O
   3H⁺ + PO₄³⁻ + 3K⁺ + 3OH⁻ = 3H⁺ + PO₄³⁻ + 3H₂O
   H⁺ + OH⁻ = H₂O

   K₃PO₄ + 3AgNO₃ = 3KNO₃ + Ag₃PO₄
   3K⁺ + PO₄³⁻ + 3Ag⁺ + 3NO₃⁻ = 3K⁺ + 3NO₃⁻ + Ag₃PO₄
   PO₄³⁻ + 3Ag⁺ = Ag₃PO₄

Дано:
   ω(H₃PO₄) = 2% = 0,02
   m_р-ра(NaOH) = 30 г
   ω(NaOH) = 8% = 0,08
   m_р-ра(H₃PO₄) — ?
   m(Na₃PO₄) — ?

Решение:
   H₃PO₄ + 3NaOH = Na₃PO₄ + 3H₂O

   Рассчитаем массу гидроксида натрия:
   m(NaOH) = m_р-ра(NaOH) · ω(NaOH) = 30 г · 0,08 = 2,4 г

   Рассчитаем количество вещества гидроксида натрия:
   n(NaOH) = m(NaOH)/M(NaOH) = 2,4 г/40 г∕моль = 0,06 моль

   По уравнению реакции на 1 моль H₃PO₄ требуется 3 моль NaOH.
   По условию задачи на x моль H₃PO₄ требуется 0,06 моль NaOH.
   n(H₃PO₄) = x = 1 моль · 0,06 моль/3 моль = 0,02 моль

   Найдем массу фосфорной кислоты:
   m(H₃PO₄) = M · n = 98 г∕моль · 0,02 моль = 1,96 г

   Найдем массу раствора фосфорной кислоты:
   m_р-ра(H₃PO₄) = m(H₃PO₄)/ω(H₃PO₄) = 1,96 г/0,02 = 98 г

   Найдем количество вещества фосфата натрия:
   По уравнению реакции из 1 моль H₃PO₄ образуется 1 моль Na₃PO₄.
   По условию задачи из 0,02 моль H₃PO₄ образуется x моль Na₃PO₄.
   n(Na₃PO₄) = x = 1 моль · 0,02 моль/1 моль = 0,02 моль

   Найдем массу фосфата натрия:
   m(Na₃PO₄) = M · n = 164 г∕моль · 0,02 моль = 3,28 г

   Ответ: масса 2%-ного раствора фосфорной кислоты 98 г. Масса образующегося фосфата 3,28 г.

   3P⁰ + 5HN⁺⁵O₃ + 2H₂O = 3H₃P⁺⁵O₄ + 5N⁺²O↑

Дано:
   m_технич(P) = 17,2 г
   ω_{примесей} = 10% = 0,1
   m(H₃PO₄) — ?

Решение:
   3P + 5HNO₃ + 2H₂O = 3H₃PO₄ + 5NO↑

   Найдем массу чистого фосфора:
   m(P) = m_технич(P) · 0,9 = 17,2 г · 0,9 = 15,48 г

   Рассчитаем количество вещества фосфора:
   n(P) = m(P)/M(P) = 15,48 г/31 г∕моль = 0,5 моль

   по уравнению реакции из 3 моль P образуется 3 моль H₃PO₄
   по условиям задачи из 0,5 моль P образуется х моль H₃PO₄
   n(H₃PO₄) = х = 0,5 моль · 3 моль/3 моль = 0,5 моль

   Найдем массу фосфорной кислоты:
   m(H₃PO₄) = M · n = (3 · 1 + 31 + 16 · 4) г/моль · 0,5 моль = 49 г

   Ответ: при окислении 17,2 г технического красного фосфора, содержащего 10% примесей, образуется 49 г фосфорной кислоты.

   При горении фосфина образуются оксид фосфора(V) и вода:

      2PH₃ + 4O₂ = P₂O₅ + 3H₂O

   Фосфор в фосфине при горении окисляется до высшего оксида, так как фосфор — неметалл с выраженной склонностью к образованию оксидов.
   При каталитическом разложении аммиака образуются чистый азот и водород:

      2NH₃ = N₂ + H₂

   Причина различий — в разных электроотрицательностях: фосфор менее электроотрицателен, чем азот, и легче окисляется до высших оксидов. Азоту в аммиаке энергетически выгоднее восстановиться до чистого азота, а не образовывать оксид. Также оксид фосфора(V) — очень стабильный оксид, и азот за счет тройной связи в молекуле также является очень стабильным веществом, в отличие от оксидов азота. Играет роль катализатор, так как он ускоряет разрыв связей между азотом и водородом, минуя стадию окисления до оксидов.

   Город, располагающийся на этих координатах, — Апатиты.
   Апатит — это группа минералов класса фосфатов, основной компонент апатитовых руд, богатых фосфором.
   Город Апатиты находится в Мурманской области на Кольском полуострове между горным массивом Хибины и озером Имандра. Является пятым по величине городом в мире за Северным полярным кругом. Климат в городе арктический, но смягчается близостью гор и озера. Зима долгая и снежная, с полярной ночью с декабря по январь. Лето короткое и прохладное, со средней температурой +10...+17. Полярный день длится с конца мая по середину июня.
   Образование города связано со строительством северного участка Мурманской железной дороги в 1915 году. В 1930 году появилась станция Апатиты, откуда шел путь к месторождениям апатито-нефелиновых руд в Хибинах. Название города связано с минералом апатитом, который там добывался. Статус города был присвоен 7 июля 1966 года, ранее он считался рабочим поселком.
   По данным на 2025 год население города — примерно 50 тысяч человек.
   Основой экономики города является апатито-нефелиновая обогатительная фабрика, но кроме нее в городе развиты сельское хозяйство (животноводство), пищевая промышленность (хлебокомбинат, молочный комбинат), Апатитская ТЭЦ, торговля и услуги.
   Апатиты являются крупным научным центром Кольского полуострова, здесь находится Кольский научный центр РАН, в состав которого входят Геологический институт; Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева; Институт экономических проблем им. Г. П. Лузина и Полярно-альпийский ботанический сад-институт. Также в городе работают филиалы Мурманского арктического университета и Мурманского государственного технического университета, а также политехнический, медицинский и педагогический колледжи.
   Достопримечательностями города являются Хибинские горы, озеро Имандра, геологический парк, в котором под открытым небом представлены образцы минералов руд и Хибинских гор.