Задание №9 — Основы неорганической химии
Задана схема превращений веществ:
PH3 →X H3PO4 → Y → P
Определите, какие из указанных веществ являются веществами Х и Y.
| 1) | HNO3 |
| 2) | KH2PO4 |
| 3) | H3PO3 |
| 4) | CO2 |
| 5) | Ca3(PO4)2 |
Правильный ответ
15
Пояснение
Решение.
Разберем последовательно каждое превращение в предложенной схеме: PH3 → (X) → H3PO4 → (Y) → P.
1. Переход PH3 → H3PO4 (определение вещества X)
В фосфине (PH3) фосфор находится в своей низшей степени окисления -3. В ортофосфорной кислоте (H3PO4) фосфор имеет высшую степень окисления +5. Следовательно, для осуществления этого превращения нам необходим сильный окислитель.
Рассмотрим предложенные варианты:
1) HNO3 (азотная кислота) — сильный окислитель. Концентрированная азотная кислота окисляет фосфин до фосфорной кислоты:
PH3 + 8HNO3 (конц.) → H3PO4 + 8NO2↑ + 4H2O.
Этот вариант идеально подходит на роль вещества X.
Остальные варианты (KH2PO4, H3PO3, CO2, Ca3(PO4)2) не обладают необходимыми окислительными свойствами для такого превращения.
2. Переход H3PO4 → P (определение вещества Y)
В этом превращении фосфор переходит из степени окисления +5 в степень окисления 0 (простое вещество). Это процесс восстановления. В промышленности фосфор получают восстановлением фосфата кальция углем в присутствии песка (оксида кремния).
Посмотрим на схему: H3PO4 → Y → P.
Прямое восстановление фосфорной кислоты до фосфора в школьном курсе обычно не рассматривается как основной путь. Однако фосфорная кислота легко превращается в свои соли. Среди вариантов ответа есть вещество 5) Ca3(PO4)2 (фосфат кальция).
Фосфорную кислоту можно нейтрализовать избытком гидроксида или оксида кальция для получения фосфата:
2H3PO4 + 3Ca(OH)2 → Ca3(PO4)2↓ + 6H2O.
Затем из фосфата кальция в электропечах получают свободный фосфор:
Ca3(PO4)2 + 3SiO2 + 5C → (t°) 3CaSiO3 + 5CO↑ + 2P.
Таким образом, вещество Y — это Ca3(PO4)2.
Итог:
Вещество X — HNO3 (номер 1).
Вещество Y — Ca3(PO4)2 (номер 5).
Ответ: А → 1, Б → 5.
Источник: ФИПИ