«Синтез и свойства ортофосфорной кислоты» Физические свойства

Вид материала

Документы

Содержание Химические свойства. Органические фосфаты. Получение ортофосфорной кислоты.

Подобный материал:

• Гоу впо «чгпу им. И. Я. Яковлева» Михайлова, 91.51kb.
• Тема урока: Сера, ее физические и химические свойства, 107.64kb.
• Алюминий, его физические и химические свойства, 54.07kb.
• Тема: «циклопарафины: строение, свойства, применение», 55.94kb.
• Лесничая марина Владимировна синтез и свойства ag(0)-, Au(0)-содержащих нанокомпозитов, 308.79kb.
• Николаева Мария Андреевна, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой, 367.89kb.
• Задачи: а Обучающие: Рассмотреть положение элементов-неметаллов в Периодической системе, 208.56kb.
• Схема-конспект №6 ч. 1 Заготовка к схеме-конспекту №6 ч. 2 для учащихся на бумажном, 114.13kb.
• Урок химии в 9 классе. Тема: «Оксиды азота», 68.76kb.
• Тема урока: Алюминий, его физические и химические свойства, 110.49kb.

«Синтез и свойства ортофосфорной кислоты»


Физические свойства

О
1,57 Å

1,57 Å

1,0 Å

1,0 Å

1,52 Å
ртофосфорная кислота - бесцветные кристаллы, быстро расплывающиеся на воздухе, температура плавления + 42,5 С. Структура молекулы H₃PO₄ с учётом водородных связей представлена на рис. 1.





-атомы фосфора




-атомы кислорода




-атомы водорода

1,58 Å

Рис. 1.

Фосфорная кислота образует гидрат H₃PO₄*0,5H₂O , плавящийся при +29,32С.

На рис. 2 представлена фазовая диаграмма H₃PO₄*0,5H₂O и H₃PO₄ .


Температура, К°



Рис. 2.

Другие физические свойства ортофосфорной кислоты представлены в таблице:

Свойство	tпл., °С	Плотность, г/см3	H0обр­, кДж/моль
Значение	42,5	1,88	-1283

Фосфолеум (жидкий фосфорный ангидрид, суперфосфорная кислота) – это продукт, образующийся при взаимодействии избытка Р₄О₁₀ и фосфорной кислоты. Он включает в себя кислоты, содержащие от 72,4 % до 88,6% Р₄О₁₀ и представляет собой равновесную систему состоящую из орто -, пиро-, триполи-, тетраполи- и других фосфорных кислот. При разбавлении фосфолеума водой выделяется значительное количество тепла, и полифосфорные кислоты переходят в ортофосфорную.


^ Химические свойства.

Ортофосфорная кислота - сильная по I-ой ступени, средней силы по II-ой и очень слабая по III-ей (K₁=0,752*10^-2, К₁₁=7,99*10^-8, К₁₁₁=4,8*10^-13). Она взаимодействует с некоторыми металлами, их оксидами и гидроксидами:

2H₃PO₄+Mg=Mg(H₂PO₄)₂+H₂

2H₃PO₄+3CaO=Ca₃(PO₄)₂+3H₂O

H₃PO₄+3NaOH=Na₃PO₄+3H₂O

Фосфорная кислота образует три типа солей - средние, одно- и двухзамещённые, например, Ca₃(PO₄)₂ – средняя, CaHPO₄ – двухзамещённая, Ca(H₂PO₄)₂ – однозамещённая.


Большинство средних фосфатов мало растворимо в воде: растворимы фосфаты щелочных металлов, кроме лития, а также ортофосфат аммония. Соли типа M^IIHPO₄, где М= Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Mn, Zn, Cd, Sn, Pb, Fe, Co, Ni, Cu и другие растворимы в воде значительно лучше средних фосфатов этих металлов (некоторые из этих солей известны только в виде кристаллогидратов). Соли типа M^III(H₂PO₄)₂ с теми же катионами растворимы ещё лучше: среди них практически нет нерастворимых.

Другие отличительные черты ортофосфорной кислоты - её нелетучесть и низкая окислительная способность. Именно поэтому с помощью H₃PO₄ можно получать бромо- и йодоводород:

H₃PO₄+3KI=K₃PO₄+3HI

H₃PO₄+3KBr=K₃PO₄+3HBr,

и некоторые другие летучие кислоты, например, HNO₃, HCl, HF.


При нагревании выше 150^оС ортофосфорная кислота переходит в пирофосфорную, при нагревании до 300 С в вакууме в метафосфорную:

2H₃PO₄=H₄P₂O₇+H₂O

H₃PO₄=HPO₃+H₂Oю

Реакция ортофосфорной кислоты с оксидами молибдена и вольфрама приводит к образованию сложных гетерополикислот:

H₃PO₄+12WO₃=H₃[PW₁₂O₄₀] .

Подобные реакции используются в аналитической химии для обнаружения фосфора, молибдена и вольфрама.


При анодном окислении фосфорной кислоты может быть получена пероксофосфорная кислота H₃PO₃(O₂^2-):

H₃PO₄+H₂O= H₃PO₃(O₂^2-)+H₂

Эта кислота, подобно пероксосерной кислоте [кислоте Каро, H₂SO₃(O₂^2-)] постепенно разлагается на пероксопирофосфорную H₄P₂O₆(O₂^2-):

2H₂SO₃(O₂^2-)=H₂S₂O₆(O₂^2-)+H₂O+O₂ - Разложение пероксосерной кислоты

3H₃PO₃(O₂^2-)=H₄P₂O₆(O₂^2-) +H₂O+O₂ +H₃PO₄ - Разложение пероксофосфорной кислоты.

H₄P₂O₆(O₂^2-) – очень сильный окислитель, по окислительной способности близкий к пероксодисерной кислоте.

Фосфорная кислота может давать соли не только с металлами, но и с некоторыми неметаллами - бором, йодом:

B₂O₃+2H₃PO₄==2BPO₄+3H₂O,

HIO₂+H₃PO₄(IO⁺)H₂PO₄+H₂O.


Однако и сама фосфорная кислота под действием других очень сильных кислот может стать основанием:

H₃PO₄+HClO₄P(OH)₄⁺+ClO₄^-

H₃PO₄+H₂SO₄P(OH)₄⁺+HSO₄^-.


^ Органические фосфаты.

Фосфорная кислота способна образовывать сложные эфиры со спиртами, к примеру, моноэтилфосфат C₂H₅OP(O)(OH)₂:

H₃PO₄+C₂H₅OH= C₂H₅OP(O)(OH)₂+H₂O

Но такой метод синтеза фосфатов не очень удобен из-за необходимости в высоких температурах и низком давлении. Поэтому тот же моноэтилфосфат проще получать по реакции:

2H₂O+POCl₃+C₂H₅OH= C₂H₅OP(O)(OH)₂ +3HCl (промышленный метод).

Вместо спирта может использоваться фенол, вместо оксида-трихлорида фосфора-фосфорный ангидрид.


Такие эфиры, как трифенилфосфат получают добавлением POCl₃ к феноляту натрия, растворённому в углеводороде, или простым кипячением фенола с POCl₃.

_ ОNa




3 + POCl₃ (PhO)₃PO + 3NaCl


Многие органические фосфаты имеют важнейшее биологическое значение – аденозинтрифосфат (АТФ), фосфоенолпируват-карбоксилаза (ФЕП) и другие.


^ Получение ортофосфорной кислоты.


В промышленности фосфорную кислоту получают двумя способами: термическим и экстракционным.

Термический способ получения фосфорной кислоты даёт наиболее чистую кислоту. Он заключается в следующем:

1. Сжигание (окисление) элементарного фосфора в избытке воздуха.
   

P₄+5O₂=P₄O₁₀ .

2. Гидратация и абсорбция Р₄О₁₀ .
   
3. Конденсация фосфорной кислоты.
   
4. Улавливание тумана из газовой фазы.
   

Существует два способа окисления фосфора: окисление паров (в промышленности используется крайне редко) и окисление жидкого фосфора в виде капель или пленки. Вторую стадию получения термической фосфорной кислоты – гидратацию Р₄О₁₀ –осуществляют абсорбцией кислотой (или водой), либо взаимодействием паров Р₄О₁₀ с парами воды.

Р₄О₁₀ + 6H₂O=4H₃PO_4.

Гидратация происходит через стадию образования полифосфорных кислот xH₂O*yP₄O₁₀ . Состав и концентрация кислоты зависят от температуры и парциального давления паров воды.

Все стадии термического метода могут быть совмещены в одном аппарате, кроме улавливания тумана фосфорной кислоты. Этот процесс всегда проводят в отдельном аппарате.

В зависимости от принципа охлаждения паров существует три способа производства термической фосфорной кислоты: испарительный, циркуляционно-испарительный и теплообменно-испарительный. Промышленный аппарат для производства циркуляционно-испарительным методом термической фосфорной кислоты приведён на рис. 3:

1-сборник кислой воды 2-хранилище фосфора 3,9- циркуляционные насосы 4,10 – погружные насосы 5,11- пластинчатые теплообменники 6-башня сжигания 7-фосфорная форсунка 8-башня гидратации 12-электрофильтр 13-вентилятор.

Рис.3.


Экстракционный способ получения фосфорной кислоты более экономичен. Он основан на разложении природных фосфатов кислотами - серной, изредка соляной или азотной:

Ca₃(PO₄)₂+3H₂SO₄+mH₂O = 3CaSO₄* mH₂O+ 2H₃PO₄ ,

Ca₅(PO₄)₃F+5H₂SO₄ +nH₃PO₄+mH₂O==(n+3)H₃PO₄+5CaSO₄* mH₂O+HF.


В лаборатории фосфорную кислоту получают окислением красного фосфора концентрированной азотной кислотой по уравнению:

P+5HNO₃=H₃PO₄+5NO₂+H₂O.

Библиографический список

1. Ван Везер. Фосфор и его соединения. М: Иностранная литература, 1962. – 684 с.
   
2. .Химическая энциклопедия. – М.: Большая российская энциклопедия, 1998. Т.5. С. 124-162.
   
3. Лидин Р.С., Молочко В.А., Андреева Л.Л. Химические свойства неорганических веществ. М.: Химия, 2000. – 480 с.
   

www.chemist.by.ru