Видеофильм «Фосфор. Соединения фосфора»

Перечень опытов

Опыт 1. Горение белого и красного фосфора

Опыт 2. Воспламенение красного фосфора в хлоре

Опыт 3. Получение оксида фосфора (V) и фосфорных кислот

Опыт 4. Гидролиз солей ортофосфорной кислоты

Опыт 5. Качественная реакция на ортофосфорную кислоту
Описание опытов
Опыт 1. Горение белого и красного фосфора

Цель: сравнить реакционную способность белого и красного фосфора.

Задача: наблюдать воспламенение белого и красного фосфора.

Необходимое оборудование и посуда: металлическая пластинка, лабораторный штатив с кольцом, спиртовка, спички.

Необходимые реактивы: белый и красный фосфор Р.

Описание порядка выполнения опыта:

• 
  помещаем металлическую пластинку на кольцо штатива;
  
• 
  под водой отрезаем небольшой кусочек белого фосфора и высушиваем его между листками фильтровальной бумаги;
  
• 
  положим на один конец пластинки небольшое количество красного фосфора, а на другой – маленький кусочек белого фосфора;
  
• 
  подставим под пластинку зажженную спиртовку;
  
• 
  наблюдаем воспламенение белого фосфора, температура воспламенения 40 – 50 С;
  
• 
  затем происходит загорание красного фосфора, температура воспламенения 240 С;
  
• 
  при горении фосфора образуются оксиды фосфора:
  

4P + 5O₂ = P₄O₁₀,

4P + 3O₂ = P₄O₆ (уравнения в кадре).

Вывод: белый фосфор обладает большей реакционной способностью, чем красный фосфор.
Опыт 2. Воспламенение красного фосфора в хлоре

Цель: познакомить с восстановительными свойствами фосфора.

Задача: наблюдать взаимодействие красного фосфора с газообразным хлором.

Необходимое оборудование и посуда: колба со шлифом, ложка для сжигания веществ, штапель, песок.

Необходимые реактивы: красный фосфор Р, газообразный хлор Cl₂.

Описание порядка выполнения опыта:

• 
  предварительно заполняем колбу хлором, поместив на дно колбы слой песка;
  
• 
  насыпаем в ложку для сжигания веществ немного красного фосфора;
  
• 
  очень осторожно вносим фосфор небольшими порциями в колбу с хлором;
  
• 
  наблюдаем горение фосфора зеленоватым пламенем с образованием хлоридов фосфора:
  

2P + 3Cl₂ = 2PCl₃

2P + 5Cl₂ = 2PCl₅ (уравнения в кадре)

Вывод: фосфор при взаимодействии с сильными окислителями проявляет восстановительные свойства.
Опыт 3. Получение оксида фосфора (V) и фосфорных кислот

Цель: получить оксид фосфора (V), метафосфорную кислоту и ортофосфорную кислоту.

Задачи:

• 
  получить оксид фосфора (V) в результате взаимодействия красного фосфора и кислорода воздуха;
  
• 
  получить метафосфорную кислоту растворением оксида фосфора (V) в воде;
  
• 
  доказать присутствие метафосфат-иона в растворе;
  
• 
  получить ортофосфорную кислоту кипячением метафосфорной кислоты;
  
• 
  доказать присутствие ортофосфат-иона в растворе.
  

Необходимое оборудование и посуда: лабораторный штатив с лапкой и кольцом, железная пластина, стеклянная воронка, химический стакан на 200 мл, пробирки (4 шт.), штатив для пробирок, держатель для пробирок, шпатель, капельница, промывалка, стеклянная палочка, спиртовка, спички.

Необходимые реактивы: красный фосфор Р, концентрированная азотная кислота HNO₃, водный раствор аммиака NH₃  H₂O, раствор нитрата серебра ((AgNO₃) = 10 % (масс.)), раствор яичного белка, водный раствор метилоранжа, дистиллированная вода.

Описание порядка выполнения опыта:

• 
  немного красного фосфора поместим на железную пластинку;
  
• 
  над ним укрепим в штативе перевернутую отводной трубкой вверх стеклянную воронку, так чтобы между пластинкой и воронком было расстояние около 1 см;
  
• 
  подожжем фосфор;
  
• 
  в результате горения фосфора образуется оксид пятивалентного фосфора, который конденсируется на внутренней поверхности воронки (показать стрелкой):
  

4P + 5O₂ = P₄O₁₀ (уравнение в кадре)

• 
  после окончания реакции, воронку вынем из лапки штатива, поместим в кольцо и быстро смоем белый оксид фосфора струей воды из промывалки в стакан;
  
• 
  разольем полученный раствор на 4 пробирки;
  
• 
  в первую пробирку добавим несколько капель раствора метилоранжа;
  
• 
  наблюдаем окрашивание раствора в розовый цвет, поскольку в результате растворения оксида фосфора (V) в воде образуется смесь фосфорных кислот, которые в водном растворе диссоциируют и создают кислую среду.
  

• 
  во вторую пробирку добавим несколько капель метилоранжа, раствор нейтрализуем аммиаком до слабокислой реакции, и прильем раствор нитрата серебра;
  
• 
  наблюдаем образование белого осадка, что свидетельствует о присутствии в растворе метафосфат-ионов:
  

HPO₃ + AgNO₃ = AgPO₃ + HNO₃

PO₃^- + Ag⁺ = AgPO₃ (уравнения в кадре)

• 
  во вторую пробирку добавляем раствор яичного белка и наблюдаем его свертывание, что также подтверждает наличие метафосфорной кислоты;
  
• 
  следовательно, при растворении оксида фосфора (V) в воде образуется метафосфорная кислота:
  

P₄O₁₀ + 2H₂O = 4HPO₃ (уравнение в кадре).

• 
  в третью пробирку приливаем несколько капель концентрированной азотной кислоты и нагреванием до кипения;
  
• 
  к полученному раствору добавим несколько капель метилоранжа, нейтрализуем его аммиаком до слабокислой реакции и прильем раствор нитрата серебра;
  
• 
  наблюдаем образование осадка желтого цвета, что свидетельствует о наличии в растворе ортофосфат-ионов:
  

Na₃PO₄ + 3AgNO₃ = Ag₃PO₄ + 3NaNO₃

PO₄^3- + 3Ag⁺ = Ag₃PO₄

• 
  при кипячении раствора метафосфорной кислоты, она переходит в ортофосфорную:
  

HPO₃ + H₂O = H₃PO₄

Вывод: фосфор при горении на воздухе дает кислотный оксид фосфора (V), при растворении оксида фосфора (V) в воде образуется метафосфорная кислота, которая при кипячении переходит в ортофосфорную кислоту.
Опыт 4. Гидролиз солей ортофосфорной кислоты

Цель: познакомить с реакциями гидролиза солей ортофосфорной кислоты.

Задача: наблюдать реакции гидролиза ортофосфата, гидроортофосфата и дигидроортофосфата натрия.

Необходимое оборудование и посуда: чашки Петри (3 шт.), эталонная шкала рН, универсальный индикатор, стеклянные палочки.

Необходимые реактивы: водные растворы ортофосфата натрия Na₃PO₄ (С = 0,1 моль/л), гидроортофосфата натрия Na₂НPO₄ (С = 0,1 моль/л) и дигидроортофосфата натрия NaН₂PO₄ (С = 0,1 моль/л).
Описание порядка выполнения опыта:

• 
  в первую чашку наливаем раствор ортофосфата натрия;
  
• 
  во вторую – раствор гидроортофосфата натрия;
  
• 
  в третью – раствор дигидроортофосфата натрия;
  
• 
  в каждую чашку опускаем полоску универсального индикатора;
  
• 
  сравниваем окраску индикатора с эталонной шкалой рН;
  
• 
  раствор ортофосфата натрия имеет щелочную среду (рН = 9), в водном растворе ортофосфат натрия подвергается гидролизу по аниону:
  

PO₄^3- + H₂O ⇄ HPO₄^2- + OH^- (уравнение в кадре)

• 
  раствор гидроортофосфата натрия также имеет щелочную среду, хотя его основные свойства выражены слабее, чем у ортофосфата натрия, рН раствора равен 8;
  
• 
  в растворе гидроортофосфата натрия протекают два конкурирующих процесса: гидролиз гидроортофосфат-иона:
  

НPO₄^2- + H₂O ⇄ H₂PO₄^2- + OH^- (уравнение в кадре)

• 
  и диссоциация гидроортофосфат-иона:
  

НPO₄^2- ⇄ PO₄^3- + H⁺ (уравнение в кадре)

• 
  реакция гидролиза протекает в большей степени, поэтому раствор гидроортофосфата натрия проявляет основные свойства;
  
• 
  раствор дигидроортофосфата натрия имеет кислую среду, рН раствора равен 6;
  
• 
  в растворе дигидроортофосфата натрия протекают два конкурирующих процесса: гидролиз дигидроортофосфат-иона:
  

Н₂PO₄^- + H₂O ⇄ H₃PO₄ + OH^- (уравнение в кадре)

• 
  и диссоциация дигидроортофосфат-иона:
  

Н₂PO₄^- ⇄ НPO₄^2- + H⁺ (уравнение в кадре)

• 
  реакция диссоциации протекает в большей степени, поэтому раствор дигидроортофосфата натрия проявляет кислотные свойства.
  

Вывод: в ряду солей ортофосфорной кислоты Na₃PO₄ - Na₂НPO₄ - NaН₂PO₄ степень гидролиза уменьшается.
Опыт 5. Качественная реакция на ортофосфорную кислоту

Цель: обнаружить фосфорную кислоту химическим способом.

Задача: наблюдать обнаружение фосфорной кислоты с помощью молибдата аммония.

Необходимое оборудование и посуда: химический стакан на 100 мл (2 шт.), шпатель, стеклянные палочки, электрическая плитка, асбестовая сетка.

Необходимые реактивы: молибдат аммония (NH₄)₂MoO₄, раствор азотной кислоты ((HNO₃) = 10 % (масс.)), раствор ортофосфорной кислоты ((H₃PO₄) = 10 % (масс.)).

Описание порядка выполнения опыта:

• 
  в стакан наливаем 75 мл разбавленной азотной кислоты;
  
• 
  помещаем в раствор 0,25 г молибдата аммония;
  
• 
  после растворения молибдата аммония образуется «молибденовая жидкость»;
  
• 
  добавляем 5 мл ортофосфорной кислоты;
  
• 
  смесь нагреваем на электрической плитке;
  
• 
  наблюдаем выпадение оранжевого осадка гетерополимолибдата аммония:
  

Н₃PO₄ + 12(NH₄)₂MoO₄ + 14HNO₃ =

(NH₄)₃PMo₁₂O₄₀·2H₂O↓ + 14NH₄NO₃ + 10H₂O + 7NH₃.

(уравнение в кадре).

Вывод: «молибденовая жидкость» является качественным реагентом для обнаружения фосфорной кислоты.