I. Vị trí và cấu hình electron nguyên tử
Photpho ở ô thứ 15, nhóm VA, chu kì 3 trong bảng tuần hoàn.
Cấu hình electron nguyên tử của photpho: 1s22s22p63s23p3
Hóa trị của photpho có thể là 5. Ngoài ra, trong một số hợp chất, photpho còn có hóa trị 3.
II. Tính chất vật lí
Photpho có thể tồn tại ở một số dạng thù hình khác nhau, nhưng quan trọng hơn cả là photpho trắng và photpho đỏ.
1. Photpho trắng
- Là chất rắn trong suốt, màu trắng hoặc hơi vàng, trông giống như sáp, có cấu trúc mạng tinh thể phân tử. Trong tinh thể, những phân tử P4 nằm ở nút mạng và liên kết với nhau bằng lực tương tác yếu như hình vẽ:
- Mềm, dễ nóng chảy [tnc = 44,1oC].
- Không tan trong nước, tan trong một số dung môi hữu cơ như C6H6, CS2, ... ;
- Rất độc và gây bỏng nặng khi rơi vào da.
- Bốc cháy trong không khí ở nhiệt độ trên 40oC, nên được bảo quản bằng cách ngâm trong nước.
-Phát quang màu lục nhạt trong bóng tối ở nhiệt độ thường.
- Khi đun nóng đến nhiệt độ 250oC và không có không khí, photpho trắng chuyển dần thành photpho đỏ là dạng bền hơn.
2. Photpho đỏ
- Là chất bột màu đỏ, dễ hút ẩm và chảy rữa, bền trong không khí ở nhiệt độ thường và không phát quang trong bóng tối.
- Không tan trong các dung môi thông thường.
- Bốc cháy ở nhiệt độ trên 250oC.
- Khi đun nóng không có không khí, photpho đỏ chuyển thành hơi, khi làm lạnh thì hơi đó ngưng tụ lại thành photpho trắng.
- Có cấu trúc polime nên khó nóng chảy và khó bay hơi hơn photpho trắng.
III. Tính chất hóa học
Photpho là phi kim tương đối hoạt động. Photpho trắng hoạt động hóa học mạnh hơn photpho đỏ. Trong các hợp chất, photpho có số oxi hóa -3, +3 và +5. Do đó, khi tham gia phản ứng hóa học photpho thể hiện tính oxi hóa hoặc tính khử.
1. Tính oxi hóa
Tác dụng với một số kimloại hoạt động tạo ra photphua kim loại.
2. Tính khử
Tác dụng với các phi kim hoạt động như oxi, halogen, lưu huỳnh,... và các hợp chất có tính oxi hóa mạnh khác.
Photpho cháy được trong không khí khi đốt nóng:
thiếu oxi: $4\mathop P\limits^0 {\text{ }} + {\text{ }}3{O_2}\xrightarrow{{{t^o}}}2{\text{ }}{\mathop P\limits^{ + 3}} _2{O_3}$
điphotpho trioxit
dư oxi: $4\mathop P\limits^0 {\text{ }} + {\text{ }}5{O_2}\xrightarrow{{{t^o}}}2{\text{ }}{\mathop P\limits^{ + 5}}_2{O_5}$
điphotpho pentaoxit
Photpho tác dụng dễ dàng với khí clo khi đốt nóng
thiếu clo: $2\mathop P\limits^0 {\text{ }} + {\text{ }}3{Cl_2}\xrightarrow{{{t^o}}}2{\text{ }}{\mathop P\limits^{ + 3}}{Cl_3}$
photpho triclorua
dư clo: $4\mathop P\limits^0 {\text{ }} + {\text{ }}5{Cl_2}\xrightarrow{{{t^o}}}2{\text{ }}{\mathop P\limits^{ + 5}}{Cl_5}$
photpho pentaclorua
IV. Ứng dụng
- Photpho được dùng để sản xuất axit photphoric, trong sản xuất diêm và sản xuất bom, đạn cháy, đạn khói, ...
V. Trạng thái tự nhiên
- Trong tự nhiên có hai khoáng vật chính của photpho là photphorit Ca3[PO4]2 và apatit 3Ca3[PO4]2.CaF2. Nước ta có mỏ apatit ở Lào Cai, một số mỏ photphorit ở Thái Nguyên, Thanh Hóa, ...
- Ngoài ra, photpho có trong protein thực vật; trong xương, răng, bắp thịt, tế bào não, ... của người và động vật.
VI. Sản xuất
Photpho đỏ được sản xuất bằng cách nung hỗn hợp quặng photphorit [hoặc apatit], cát và than cốc ở 1200 oC trong lò điện. Hơi photpho thoát ra được ngưng tụ khi làm lạnh, sẽ thu được photpho trắng ở dạng rắn.
08:42:1430/03/2019
Vậy Photpho P có tính chất hoá học, tính chất vật lý đặc trưng gì? được điều chế như thế nào và có ứng dụng gì trong đời sống thực tế, chúng ta cùng tìm hiểu qua bài viết dưới đây, đồng thời vận dụng giải các bài tập về photpho.
I. Cấu tạo nguyên tử và tính chất vật lý của photpho
1. Cấu hình nguyên tử Photpho
a] Sơ lược về photpho trong bảng HTTH
- Photpho ô thứ 15 nhóm VA chu kỳ 3
- Cấu hình electron: 1s22s22p63s23p3
- Khối lượng nguyên tử: 31
b] Cấu tạo phân tử Photpho
- Photpho trắng có kiểu mạng phân tử còn Photpho đỏ có cấu trúc kiểu polime
- Do có 5 electron ở lớp ngoài cùng nên trong các hợp chất hoá trị của photpho có thể là 5 hoặc 3.
2. Tính chất vật lý của Photpho
- Photpho thường gặp 2 dạng thù hình phổ biến là P đỏ và P trắng:
a] Photpho trắng
- Là chất rắn trong suốt, màu trắng hoặc vàng nhạt, giống sáp, có cấu trúc mạng tinh thể phân tử: ở các nút mạng là các phân tử hình tứ diện P4 liên kết với nhau bằng lực tương tác yếu. Do đó photpho trắng mềm dễ nóng chảy [t0nc = 44,10C]
- Photpho trắng không tan trong nước, nhưng tan nhiều trong các dung môi hữu cơ như benzen, cacbon đisunfua, ete, …; rất độc gây bỏng nặng khi rơi vào da.
- Photpho trắng bốc cháy trong không khí ở t0 > 400C, nên được bảo quản bằng cách ngâm trong nước.
- Ở nhiệt độ thường, photpho trắng phát quang màu lục nhạt trong bóng tối. Khi đun nóng đến 2500C không có không khí, photpho trắng chuyển dần thành photpho đỏ là dạng bền hơn.
b] Photpho đỏ
- Là chất bột màu đỏ có cấu trúc polime nên khó nóng chảy và khó bay hơi hơn photpho trắng
- Photpho đỏ không tan trong các dung môi thông thường, dễ hút ẩm và chảy rữa.
- Photpho đỏ bền trong không khí ở nhiệt độ thường và không phát quang trong bóng tối. Nó chỉ bốc cháy ở t0 > 2500C.
Cấu trúc polime của photpho đỏ
c] Chuyển hoá giữa Photpho trắng và đỏ
- Khi đun nóng không có không khí, photpho đỏ chuyển thành hơi, khi làm lạnh thì hơi của nó ngưng tụ lại thành photpho trắng.
- Các mức oxi hóa có thể có của P: -3, 0, +3, +5.
- P hoạt động hóa học mạnh hơn N2 vì liên kết P - P kém bền hơn so với liên kết N ≡ N.
- P trắng hoạt động hơn P đỏ [vì P trắng có kiểu mạng phân tử còn P đỏ có cấu trúc kiểu polime].
1. Tính oxi hóa của Photpho
- P có phản ứng với nhiều kim loại → muối photphua:
2P + 3Mg → Mg3P2
- Các muối photphua bị thủy phân mạnh giải phóng photphin [PH3].
Ca3P2 + 6H2O → 2PH3 + 3Ca[OH]2
- Photphin là một khí không màu rất độc, có mùi tỏi, bốc cháy trong không khí ở nhiệt độ gần 1500C.
2PH3 + 4O2 → P2O5 + 3H2O
2. Tính khử của Photpho
- Phản ứng với phi kim: O2, halogen,..
4P + 3O2 → 2P2O3
4P + 5O2 → 2P2O5 [nếu O2 dư]
- P trắng phản ứng được ở ngay nhiệt độ thường và có hiện tượng phát quang hóa học; P đỏ chỉ phản ứng khi nhiệt độ > 2500C.
2P + 3Cl2 → 2PCl3
2P + 5Cl2 → 2PCl5
- Phản ứng với các chất oxi hóa khác
6P [đỏ] + 3KClO3
6P [trắng] + 5K2Cr2O7 → 5K2O + 5Cr2O3 + 3P2O5
P + 5HNO3 → H3PO4 + 5NO2 + H2O
2P + 5H2SO4 đặc → 2H3PO4 + 3H2O + 5SO2
III. Điều chế và Ứng dụng của Photpho
1. Trạng thái tự nhiên của photpho
- Trong tự nhiên chỉ tồn tại ở dạng hợp chất. Hai khoáng vật chính là apatit 3Ca3[PO4]2.CaF2 và photphorit Ca3[PO4]2.
2. Điều chế Photpho
- Trong công nghiệp, photpho được sản xuất bằng cách nung hỗn hợp quặng photphorit, cát và than cốc ở trong lò điện:
Ca3[PO4]2 + 3SiO2 + 5C
3. Ứng dụng của Photpho
- Phần lớn photpho được dùng để sản xuất axit photphoric, phần còn lại chủ yếu dùng trong sản xuất diêm.
- Ngoài ra, Photpho trắng có ứng dụng trong quân sự là phần lớn bởi tính dễ cháy, tạo màn khói, sương độc. Phốtpho trắng cháy ngay ở nhiệt độ thường khi tiếp xúc với Oxi và tạo ra ngọn lửa rất độc với con người.
- Photpho đỏ không cháy ở nhiệt độ thường và thường được sử dụng làm hóa chất trong công nghiệp và trồng trọt.
IV. Bài tập về Photpho
Bài 2 trang 49 SGK hóa 11: Lập phương trình hoá học của các phản ứng sau đây và cho biết trong các phản ứng này, P có tính khử hay tính oxi hoá?
1] P + O2 → P2O5
2] P + Cl2 → PCl3
3] P + S → P2S3
4] P + S → P2S5
5] P + Mg → Mg3P2
6] P + KClO3 → P2O5 + KCl
* Lời giải bài 2 trang 49 SGK hóa 11:
1]
⇒ P nhường e nên là chất khử
2]
⇒ P nhường e nên là chất khử
3]
⇒ P nhường e nên là chất khử
4]
⇒ P nhường e nên là chất khử
5]
⇒ P nhận e nên là chất oxi hóa
6]
⇒ P nhường e nên là chất khử
Bài 5 trang 50 SGK hóa 11: Đốt cháy hoàn toàn 6,2 gam photpho trong oxi dư. Cho sản phẩm tạo thành tác dụng vừa đủ với dung dịch NaOH 32% tạo ra muối Na2HPO4.
a. Viết phương trình hoá học của các phản ứng xảy ra?
b. Tính khối lượng dung dịch NaOH đã dùng?
c. Tính nồng độ phần trăm của muối trong dung dịch thu được sau phản ứng?
* Lời giải bài 5 trang 50 SGK hóa 11:
a] Phương trình phản ứng:
4P + 5O2 → 2P2O5 [1]
P2O5 + 4NaOH → 2Na2HPO4 + H2O [2]
b] Tính khối lượng dung dịch NaOH
- Theo bài ra ta có số mol photpho: nP = 6,2/31 = 0,2[mol].
⇒ nP2O5 = [1/2]nP =[1/2].0,2 = 0,1 [mol].
- Theo PTPƯ ta có: nNaOH = 4.nP2O5 = 4.0,1 = 0,4 [mol].
⇒ Khối lượng NaOH: mNaOH = n.M = 0,4.40 = 16 [g].
- Từ công thức: C% =
⇒ khối lượng dung dịch NaOH:
mNaOH dung dịch = [mct.100%]/[C%] = 16.[100/32] = 50,0 [g].
c] Tính nồng độ phần trăm của muối
- Theo PTPƯ: nNa2HPO4 = 2.nP2O5 = 0,1.2 = 0,2 [mol]
⇒ mNa2HPO4 = n.M = 0,2.142 = 28,4 [g]
- Theo định luật bảo toàn khối lượng: Khối lượng dung dịch sau phản ứng = khối lượng các chất tham gia phản ứng = mNaOH + mP2O5 = 50 + 0,1.142 = 64,2 [g].
⇒ C% Na2HPO4 = [28,4/64,2].100% = 44,24%