Кислоты фосфора с разными степенями окисления
Строение и основность
| Кислота | Строение | P | Основность | Соли |
|---|---|---|---|---|
| фосфорноватистая \(\ce{H3PO2}\) | \(\ce{H2P(O)OH}\) | +1 | 1 | гипофосфиты \(\ce{NaH2PO2}\) |
| фосфористая \(\ce{H3PO3}\) | \(\ce{HP(O)(OH)2}\) | +3 | 2 | фосфиты \(\ce{Na2HPO3}\) |
| фосфорноватая \(\ce{H4P2O6}\) | \(\ce{(HO)2P(O)-P(O)(OH)2}\) | +4 | 4 | гипофосфаты |
| ортофосфорная \(\ce{H3PO4}\) | \(\ce{P(O)(OH)3}\) | +5 | 3 | фосфаты |
Все эти кислоты построены из тетраэдров вокруг фосфора. Атомы водорода, связанные с фосфором, не отщепляются в воде: связь P–H почти неполярна. Кислотны только атомы H групп P–OH.
boltКак проверить формулу соли
«\(\ce{Na3PO3}\)» не существует: у фосфористой кислоты только два кислотных водорода. Средняя соль — \(\ce{Na2HPO3}\), в которой водород связан с фосфором. Точно так же \(\ce{NaH2PO2}\) — средняя (!) соль фосфорноватистой кислоты.
scienceКислоты фосфора в реакциях
- \(\ce{H3PO3 + 2NaOH -> Na2HPO3 + 2H2O}\) — больше двух эквивалентов не реагирует.
- \(\ce{H3PO2 + NaOH -> NaH2PO2 + H2O}\).
- \(\ce{PCl3 + 3H2O -> H3PO3 + 3HCl}\) — получение фосфористой кислоты.
- \(\ce{Ba(H2PO2)2 + H2SO4 -> BaSO4 v + 2H3PO2}\) — получение фосфорноватистой кислоты.
Восстановительные свойства
Связь P–H и низкая степень окисления делают фосфористую и особенно фосфорноватистую кислоты сильными восстановителями.
scienceВосстановление металлов
- \(\ce{H3PO3 + 2AgNO3 + H2O -> H3PO4 + 2Ag v + 2HNO3}\).
- \(\ce{H3PO3 + 2HgCl2 + H2O -> H3PO4 + Hg2Cl2 v + 2HCl}\) — белый осадок каломели; при избытке кислоты — чёрная ртуть.
- \(\ce{NaH2PO2 + 2NiCl2 + 2H2O -> NaH2PO4 + 2Ni v + 4HCl}\) — упрощённо: химическое никелирование пластмасс и металлов без электричества.
- \(\ce{H3PO2 + 2CuSO4 + 2H2O -> H3PO4 + 2Cu + 2H2SO4}\).
auto_awesomeХимическое никелирование
Раствор соли никеля с гипофосфитом натрия осаждает на любой поверхности (даже на пластике, если его «активировать» палладием) ровный слой сплава никеля с фосфором. Такое покрытие одинаковой толщины на всех выступах и во впадинах — им покрывают детали сложной формы, жёсткие диски компьютеров, пресс-формы.
boltСколько электронов
\(\ce{H3PO2 -> H3PO4}\): P \(+1 \to +5\) — 4 электрона. \(\ce{H3PO3 -> H3PO4}\): \(+3 \to +5\) — 2 электрона. Поэтому гипофосфит восстанавливает вдвое больше серебра на моль, чем фосфит.
Диспропорционирование при нагревании
Кислоты фосфора в низких степенях окисления при нагревании диспропорционируют: часть фосфора окисляется до +5, часть восстанавливается до фосфина (\(-3\)).
scienceДиспропорционирование
- \(\ce{4H3PO3 ->[200 °C] 3H3PO4 + PH3 ^}\).
- \(\ce{2H3PO2 ->[t] H3PO4 + PH3 ^}\).
- \(\ce{2NaH2PO2 ->[t] Na2HPO4 + PH3 ^}\) — гипофосфит при нагревании тоже выделяет фосфин (опасно!).
- \(\ce{P4O6 + 6H2O ->[t] 3H3PO4 + PH3}\) — оксид в горячей воде.
boltПроверка диспропорционирования электронами
\(\ce{4H3PO3}\): три атома фосфора \(+3 \to +5\) (отдают \(3\cdot2 = 6\) e), один \(+3 \to -3\) (принимает 6 e). Баланс сошёлся — уравнение верно.
auto_awesomeФосфористая кислота на поле
Фосфиты (соли фосфористой кислоты) продают как «фосфорные удобрения», но растения почти не используют фосфор(+3). Зато фосфиты — эффективные фунгициды: они подавляют фитофтору. Путаница фосфитов и фосфатов — пример того, как важна степень окисления.
push_pinГлавное
Основность кислот фосфора равна числу групп P–OH: \(\ce{H3PO2}\) = \(\ce{H2PO(OH)}\) (P +1) — одноосновна, \(\ce{H3PO3}\) = \(\ce{HPO(OH)2}\) (P +3) — двухосновна, \(\ce{H3PO4}\) (P +5) — трёхосновна; \(\ce{H4P2O6}\) (P +4, связь P–P) — четырёхосновна. Связи P–H делают \(\ce{H3PO2}\) и \(\ce{H3PO3}\) сильными восстановителями (серебро, ртуть, медь, никель выделяются из солей). При нагревании они диспропорционируют: \(\ce{4H3PO3 -> 3H3PO4 + PH3}\), \(\ce{2H3PO2 -> H3PO4 + PH3}\).
Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.