Фосфор и его соединения для ЕГЭ по химии

Тема «Фосфор и его соединения» встречается в первой части ЕГЭ по химии (задания 6–9), где требуется выбрать продукты реакций или проанализировать цепочку превращений. Во второй части фосфор постоянно появляется в заданиях 29, 30 и 31. Из-за обилия исключений и нестандартных реакций на этой теме часто теряются баллы. Разберём химические свойства простого вещества, изучим виды соединений фосфора и исключим типичные ошибки.

Общие представления о фосфоре

Фосфор располагается в V группе главной подгруппы. Заряд ядра атома равен $+ 15$ . Электронная конфигурация внешнего уровня атома фосфора в основном состоянии выглядит как $3 s^{2} 3 p^{3}$ . За счёт наличия свободных $3 d$ -орбиталей фосфор способен распаривать электроны и переходить в возбуждённое состояние $3 s^{1} 3 p^{3} 3 d^{1}$ . Это позволяет ему образовывать пять ковалентных связей.[i]

Степени окисления фосфора

Степень окисления	Соединения
$- 3$	$P H_{3}$ (фосфин), $C a_{3} P_{2}$ (фосфиды)
$0$	$P$ (простое вещество)
$+ 1$	$H_{3} P O_{2}$ (фосфорноватистая кислота), гипофосфиты
$+ 3$	$P_{2} O_{3}$ , $H_{3} P O_{3}$ (фосфористая кислота), $P C l_{3}$
$+ 5$	$P_{2} O_{5}$ , $H_{3} P O_{4}$ (фосфорная кислота), $P C l_{5}$

Аллотропные модификации фосфора

В свободном виде фосфор существует в виде нескольких аллотропных модификаций.[i]

Модификация	Строение решётки	Физические свойства и химическая активность
Белый фосфор ( $P_{4}$ )	Молекулярная	Мягкий, похож на воск. Светится в темноте. Огнеопасен и ядовит. Хранится под слоем воды. Наиболее химически активен.
Красный фосфор ( $P_{n}$ )	Атомная (полимерная)	Красный порошок, не ядовит, не светится. Менее активен, чем белый. Используется в спичечном производстве.
Чёрный фосфор ( $P_{n}$ )	Атомная (слоистая)	Внешне похож на графит, проводит электрический ток. Обладает наименьшей химической активностью.

Способы получения простого вещества

В промышленности фосфор получают из фосфата кальция (фосфорита). Для этого руду нагревают в электрической печи с добавлением песка и угля. Углерод восстанавливает фосфор, а оксид кремния (IV) связывает кальций в шлак.[i]

C a_{3} (P O_{4})_{2} + 5 C + 3 S i O_{2} \overset{t^{\circ}}{\to} 2 P + 5 C O + 3 C a S i O_{3}

Подготовка к экзаменам в 100балльном репетиторе

Химические свойства фосфора

Фосфор проявляет свойства типичного неметалла. В реакциях он может выступать и окислителем, и восстановителем.[i]

Взаимодействие с металлами

При нагревании фосфор активно реагирует со многими металлами. В результате образуются бинарные соединения — фосфиды. Степень окисления фосфора в них равна $- 3$ .[i]

2 P + 3 C a \overset{t^{\circ}}{\to} C a_{3} P_{2} 2 P + 3 M g \overset{t^{\circ}}{\to} M g_{3} P_{2} 2 P + 3 Z n \overset{t^{\circ}}{\to} Z n_{3} P_{2}

Взаимодействие с неметаллами (фосфор как восстановитель)

Фосфор сгорает в кислороде с выделением большого количества теплоты. В недостатке кислорода образуется оксид фосфора (III), а в избытке — оксид фосфора (V).[i]

4 P + 3 O_{2} (недостаток) \overset{t^{\circ}}{\to} 2 P_{2} O_{3} 4 P + 5 O_{2} (избыток) \overset{t^{\circ}}{\to} 2 P_{2} O_{5}

С галогенами реакция протекает по аналогичному принципу.

В недостатке галогена образуется галогенид фосфора (III), а в избытке — галогенид фосфора (V).[i]

2 P + 3 C l_{2} (недостаток) \overset{t^{\circ}}{\to} 2 P C l_{3} 2 P + 5 C l_{2} (избыток) \overset{t^{\circ}}{\to} 2 P C l_{5}

С серой фосфор образует сульфиды.[i]

Пропорция исходных веществ определяет конечный продукт:

2 P + 3 S \overset{t^{\circ}}{\to} P_{2} S_{3} 2 P + 5 S \overset{t^{\circ}}{\to} P_{2} S_{5}

Взаимодействие с кислотами-окислителями

Фосфор растворяется в концентрированных серной и азотной кислотах при нагревании. Кислоты переводят фосфор в максимальную степень окисления $+ 5$ с образованием ортофосфорной кислоты ( $H_{3} P O_{4}$ ).[i]

P + 5 H N O_{3} (конц.) \overset{t^{\circ}}{\to} H_{3} P O_{4} + 5 N O_{2} + H_{2} O 3 P + 5 H N O_{3} (разб.) + 2 H_{2} O \overset{t^{\circ}}{\to} 3 H_{3} P O_{4} + 5 N O 2 P + 5 H_{2} S O_{4} (конц.) \overset{t^{\circ}}{\to} 2 H_{3} P O_{4} + 5 S O_{2} + 2 H_{2} O

Взаимодействие с бертолетовой солью (реакция, происходящая при зажжении спички):

6 P + 5 K C l O_{3} \overset{t^{\circ}}{\to} 3 P_{2} O_{5} + 5 K C l

Реакции со щёлочами

4 P + 3 K O H + 3 H_{2} O \overset{t^{\circ}}{\to} P H_{3} ↑ + 3 K H_{2} P O_{2}

Фосфин и фосфиды

Фосфиды подвергаются необратимому гидролизу водными растворами кислот и оборотной водой. В результате выделяется ядовитый газ фосфин ( $P H_{3}$ ).[i]

C a_{3} P_{2} + 6 H_{2} O \to 3 C a (O H)_{2} + 2 P H_{3} ↑ C a_{3} P_{2} + 6 H C l \to 3 C a C l_{2} + 2 P H_{3} ↑

Фосфин ( $P H_{3}$ ) — бесцветный газ с неприятным запахом гнилой рыбы или чеснока. В отличие от аммиака ( $N H_{3}$ ), фосфин практически не растворяется в воде и не образует с ней оснований. Реакция $P H_{3} + H_{2} O$ не идёт.[i]

С сильными кислотами (например, $H I$ или $H C l O_{4}$ ) фосфин образует соли фосфония, но они очень неустойчивы.

P H_{3} + H I \to P H_{4} I

Соли фосфония моментально разрушаются щелочами или водой:

P H_{4} I + N a O H \to N a I + P H_{3} ↑ + H_{2} O

Фосфин горит на воздухе с образованием белого дыма оксида фосфора (V) и паров воды, которые моментально превращаются в фосфорную кислоту.

P H_{3} + 2 O_{2} \overset{t^{\circ}}{\to} H_{3} P O_{4}

Фосфин — сильный восстановитель, поэтому легко окисляется сильными кислотами или перманганатами:

P H_{3} + 8 H N O_{3} (конц.) \to H_{3} P O_{4} + 8 N O_{2} + 4 H_{2} O

Оксид и кислоты фосфора (III)

Оксид фосфора (III) ( $P_{2} O_{3}$ ) — типичный кислотный оксид. При его растворении в холодной воде образуется фосфористая кислота.[i]

P_{2} O_{3} + 3 H_{2} O \to 2 H_{3} P O_{3}

Взаимодействие со щелочами протекает с образованием двух типов солей: гидрофосфитов и фосфитов. Средней солью является $N a_{2} H P O_{3}$ .

H_{3} P O_{3} + N a O H \to N a H_{2} P O_{3} + H_{2} O H_{3} P O_{3} + 2 N a O H \to N a_{2} H P O_{3} + 2 H_{2} O

Раствор фосфористой кислоты обладает выраженными восстановительными свойствами. Под действием галогенов она окисляется до ортофосфорной кислоты:

H_{3} P O_{3} + C l_{2} + H_{2} O \to H_{3} P O_{4} + 2 H C l

Оксид и кислота фосфора (V)

Оксид фосфора (V) ( $P_{2} O_{5}$ ) — белый рыхлый порошок. Он активно поглощает воду, поэтому используется в лабораториях для осушения газов. При растворении в холодной воде образуется метафосфорная кислота, а при кипячении — ортофосфорная кислота.[i]

P_{2} O_{5} + H_{2} O (холодная) \to 2 H P O_{3} P_{2} O_{5} + 3 H_{2} O (горячая) \to 2 H_{3} P O_{4}

Оксид взаимодействует с основными оксидами и щелочами:

P_{2} O_{5} + 3 C a O \overset{t^{\circ}}{\to} C a_{3} (P O_{4})_{2} P_{2} O_{5} + 6 N a O H \to 2 N a_{3} P O_{4} + 3 H_{2} O

Оксид фосфора (V) — сильное водоотнимающее средство, способное отщеплять воду даже от молекул кислот:

P_{2} O_{5} + 2 H N O_{3} \to N_{2} O_{5} + 2 H P O_{3}

Ортофосфорная кислота ( $H_{3} P O_{4}$ ) — трёхосновная кислота средней силы. Она не проявляет окислительных свойств за счёт центрального атома, поэтому взаимодействует с металлами только до водорода в ряду напряжений.[i]

2 H_{3} P O_{4} + 3 M g \to M g_{3} (P O_{4})_{2} ↓ + 3 H_{2} ↑ 2 H_{3} P O_{4} + 3 M g O \to M g_{3} (P O_{4})_{2} ↓ + 3 H_{2} O 2 H_{3} P O_{4} + 3 N a_{2} C O_{3} \to 2 N a_{3} P O_{4} + 3 H_{2} O + 3 C O_{2} ↑

При реакции со щелочами образует кислые и средние соли в зависимости от соотношения реагентов:

H_{3} P O_{4} + N a O H \to N a H_{2} P O_{4} + H_{2} O H_{3} P O_{4} + 2 N a O H \to N a_{2} H P O_{4} + 2 H_{2} O H_{3} P O_{4} + 3 N a O H \to N a_{3} P O_{4} + 3 H_{2} O

Кислородсодержащие кислоты фосфора

Формула	Название кислоты	Основность	Название солей	Типичный пример соли
$H_{3} P O_{2}$	Фосфорноватистая	Одноосновная	Гипофосфиты	$N a H_{2} P O_{2}$ (средняя соль)
$H_{3} P O_{3}$	Фосфористая	Двухосновная	Фосфиты	$N a_{2} H P O_{3}$ (средняя соль)
$H_{3} P O_{4}$	Ортофосфорная	Трёхосновная	Ортофосфаты	$N a_{3} P O_{4}$ (средняя соль)

Фосфаты

Все соли фосфорной кислоты, за исключением фосфатов щелочных металлов и аммония, нерастворимы в воде.

Качественная реакция на фосфат-ион позволяет определить его в растворе с помощью ионов серебра. Выпадает жёлтый осадок.

3 A g N O_{3} + N a_{3} P O_{4} \to A g_{3} P O_{4} ↓ + 3 N a N O_{3}

Реакции перехода средних фосфатов в кислые под действием избытка собственной кислоты:

C a_{3} (P O_{4})_{2} + 4 H_{3} P O_{4} \to 3 C a (H_{2} P O_{4})_{2}

Галогениды фосфора

Галогениды фосфора полностью подвергаются необратимому гидролизу в водной среде. Степень окисления фосфора при этом не изменяется.

P C l_{3} + 3 H_{2} O \to H_{3} P O_{3} + 3 H C l P C l_{5} + 4 H_{2} O \to H_{3} P O_{4} + 5 H C l

Типичные ошибки в ЕГЭ

Соберём основные ловушки, в которых часто теряют баллы.

Считать кислоту $H_{3} P O_{3}$ трёхосновной и писать соль $N a_{3} P O_{3}$ . Ориентироваться на индекс 3 около атома водорода — неправильно. Фосфористая кислота — двухосновная, третий водород не отщепляется. Под воздействием избытка щёлочи образуется соль $N a_{2} H P O_{3}$ .
Писать реакцию фосфора со щёлочью так: $P + K O H + H_{2} O \to K_{3} P O_{4} + P H_{3}$ . Аналогия с галогенами здесь не работает. На самом деле происходит диспропорционирование с образованием соли со степенью окисления $+ 1$ — гипофосфита калия ( $K H_{2} P O_{2}$ ).
Указывать соль $B a (H_{2} P O_{2})_{2}$ как кислую в задании 5. Водород в скобках создаёт иллюзию кислой соли, но перед нами гипофосфит. Он образован одноосновной кислотой $H_{3} P O_{2}$ . Два атома водорода в остатке не замещаются на металл, поэтому соль относится к средним.

Разбор заданий из ЕГЭ

Рассмотрим на экзаменационных примерах, как применять полученные знания.

Пример 1

Задана схема превращений веществ:
$C a_{3} P_{2} \overset{H_{2} O}{\to} X \overset{+ O_{2} (изб.)}{\to} Y$
Определите вещества X и Y из списка:
1. $C a (O H)_{2}$ .
2. $P H_{3}$ .
3. $P_{2} O_{5}$ .
4. $H_{3} P O_{4}$ .
5. $P_{2} O_{3}$ .[i]

Проанализируем первую стадию. Дан фосфид кальция, который реагирует с водой. Фосфиды подвергаются гидролизу с выделением фосфина. Вещество X — фосфин ( $P H_{3}$ , вариант 2).
$C a_{3} P_{2} + 6 H_{2} O \to 3 C a (O H)_{2} + 2 P H_{3}$
Фосфин реагирует с избытком кислорода. Это процесс горения, при котором водород превращается в воду, а фосфор переходит в свой высший оксид $P_{2} O_{5}$ . Оксид фосфора и вода моментально реагируют, получается фосфорная кислота (вариант 4).
$P H_{3} + 2 O_{2} \to H_{3} P O_{4}$

Ответ: 24.

Пример 2

К раствору хлорида кальция добавили раствор фосфата натрия. Выпавший осадок отделили, высушили и спекли с углём и кремнезёмом. К полученному простому веществу добавили концентрированную азотную кислоту и нагрели. Выделившийся при этом бурый газ пропустили через избыток раствора гидроксида калия. Напишите уравнения четырёх описанных реакций.[i]

Между растворами фосфата натрия и хлорида кальция протекает реакция обмена с образованием нерастворимого фосфата кальция.
$3 C a C l_{2} + 2 N a_{3} P O_{4} \to C a_{3} (P O_{4})_{2} + 6 N a C l$
Реакция промышленного получения фосфора.
$C a_{3} (P O_{4})_{2} + 5 C + 3 S i O_{2} \overset{t^{\circ}}{\to} 2 P + 5 C O + 3 C a S i O_{3}$
Фосфор реагирует с концентрированной азотной кислотой. Кислота окисляет фосфор до максимальной степени $+ 5$ (получается ортофосфорная кислота), а сама восстанавливается до бурого газа ( $N O_{2}$ ).
$P + 5 H N O_{3} (конц.) \overset{t^{\circ}}{\to} H_{3} P O_{4} + 5 N O_{2} ↑ + H_{2} O$
Выделившийся бурый газ ( $N O_{2}$ ) пропускают через щёлочь. Оксид азота (IV) диспропорционирует в щёлочи с образованием нитрата и нитрита.
$2 N O_{2} + 2 K O H \to K N O_{3} + K N O_{2} + H_{2} O$

Пример 3

Установите соответствие между реагирующими веществами и продуктами, которые образуются при взаимодействии этих веществ.
А) $P C l_{3} + H_{2} O \to$
Б) $P_{4} + K O H + H_{2} O \to$
В) $P_{2} O_{5} + N a O H (избыток) \to$
Продукты:
1. $H_{3} P O_{4} + H C l$ .
2. $H_{3} P O_{3} + H C l$ .
3. $K H_{2} P O_{2} + P H_{3}$ .
4. $N a_{3} P O_{4} + H_{2} O$ .
5. $N a H_{2} P O_{4} + H_{2} O$ .[i]

А) Даны хлорид фосфора (III) и вода. Протекает реакция гидролиза. Степень окисления фосфора ( $+ 3$ ) сохраняется. Образуется фосфористая кислота и хлороводород. Подходит вариант 2.

Б) Растворение белого фосфора в щелочи. Идёт реакция диспропорционирования с образованием фосфина и гипофосфита калия. Подходит вариант 3.

В) Кислотный оксид фосфора (V) взаимодействует с избытком щёлочи. Избыток основания ведёт к образованию полной (средней) соли. Ортофосфат натрия и вода — вариант 4.

Ответ: 234.

Заключение

Теперь ты знаешь, как ведут себя фосфор и его соединения в различных химических процессах, умеешь писать реакции диспропорционирования галогенидов и фосфора в щёлочи, а также уверенно различаешь основность кислородсодержащих кислот. Эти навыки помогут не потерять баллы в заданиях первой и второй части ЕГЭ по химии. Чтобы довести решение до автоматизма, рекомендуем попрактиковаться в нашем банке заданий.

Общие представления о фосфоре

Степени окисления фосфора

Аллотропные модификации фосфора

Способы получения простого вещества

Химические свойства фосфора

Взаимодействие с металлами

Взаимодействие с неметаллами (фосфор как восстановитель)

Взаимодействие с кислотами-окислителями

Реакции со щёлочами

Фосфин и фосфиды

Оксид и кислоты фосфора (III)

Оксид и кислота фосфора (V)

Кислородсодержащие кислоты фосфора

Фосфаты

Галогениды фосфора

Типичные ошибки в ЕГЭ

Разбор заданий из ЕГЭ

Пример 1

Пример 2

Пример 3

Заключение

Галогены и их соединения в ЕГЭ по химии: подробный разбор с примерами заданий

Азот и соединения азота: химические свойства и задания ЕГЭ по химии

Циклоалканы и алкадиены: химические свойства, получение и пошаговый алгоритм решения заданий ЕГЭ

Алкины: свойства, способы получения и разбор задач ЕГЭ

Окислительно-восстановительные реакции с участием углеводородов в ЕГЭ по химии

Одноатомные спирты: свойства, получение и решение задач ЕГЭ

Общие представления о фосфоре

Степени окисления фосфора

Аллотропные модификации фосфора

Способы получения простого вещества

Химические свойства фосфора

Взаимодействие с металлами

Взаимодействие с неметаллами (фосфор как восстановитель)

Взаимодействие с кислотами-окислителями

Реакции со щёлочами

Фосфин и фосфиды

Оксид и кислоты фосфора (III)

Оксид и кислота фосфора (V)

Кислородсодержащие кислоты фосфора

Фосфаты

Галогениды фосфора

Типичные ошибки в ЕГЭ

Разбор заданий из ЕГЭ

Пример 1

Пример 2

Пример 3

Заключение

Похожие статьи

Галогены и их соединения в ЕГЭ по химии: подробный разбор с примерами заданий

Азот и соединения азота: химические свойства и задания ЕГЭ по химии

Циклоалканы и алкадиены: химические свойства, получение и пошаговый алгоритм решения заданий ЕГЭ

Алкины: свойства, способы получения и разбор задач ЕГЭ

Окислительно-восстановительные реакции с участием углеводородов в ЕГЭ по химии

Одноатомные спирты: свойства, получение и решение задач ЕГЭ

С нами ты получишь высокие баллы на ЕГЭ и ОГЭ

Мы знаем, как забрать максимум на экзамене

Сложно готовиться самостоятельно? Мы поможем!

Химфак с Катей Строгановой | ЕГЭ-2027

Сложно готовиться самостоятельно?
Мы поможем!