Bài 10. Photpho

Tiết 17 - BÀI 10:
PHOT PHO
Biết được cấu tao phân tử,các dạng thù hình và hiểu tính chất hoá học của photpho.
Biết một số dạng tồn tại của photpho trong tự nhiên, phương pháp điều chế và ứng dụng trong đời sống và sản xuất.
2
Phốtpho (từ tiếng Hy Lạp phosphoros, có nghĩa là "vật mang ánh sáng" và nó cũng là tên gọi cổ đại của Sao Kim) đã được nhà giả kim thuật người Đức là Hennig Brand phát hiện năm 1669 thông qua việc điều chế nước tiểu. Làm việc ở Hamburg, Brand đã cố gắng chưng cất các muối bằng cách cho bay hơi nước tiểu, và trong quá trình đó ông đã thu được một khoáng chất màu trắng phát sáng trong bóng đêm và cháy sáng rực rỡ. Kể từ đó, chữ lân quang, liên quan đến các ánh sáng lân tinh của phốtpho, đã được sử dụng để miêu tả các chất phát sáng trong bóng tối mà không cần cháy. Tuy nhiên bản chất vật lý của hiện tượng lân quang không trùng với cơ chế phát sáng của phốtpho: Brand đã không nhận ra rằng thực tế phốtpho cháy âm ỉ khi phát sáng.
Lịch sử
3
Dựa vào kiến thức lớp 10. Em hãy cho biết vị trí (ô, chu kỳ, nhóm) của nguyên tố phôtpho(P) trong bảng HTTH và viết cấu hình electron nguyên tử. Từ đó hãy cho biết nguyên tố P có thể có hoá trị bao nhiêu trong hợp chất với các nguyên tố khác?
Vị trí và cấu hình electron nguyên tử:

*Photpho thuộc ô thứ 15,chu kỳ 3, nhóm VA trong HTTH
*Cấu hình electron nguyên tử:
1s22s22p63s23p3
*Lớp electron ngoài cùng: 3s23p3
Photpho có thể có hóa trị 3 hoặc 5 trong các hợp chất.
4
Mô hình cấu tạo nguyên tử Photpho
5







2. Tính chất vật lý:

Photpho tồn tại dưới ba dạng thù hình cơ bản: trắng, đỏ và đen. Các dạng thù hình khác cũng có thể tồn tại. Phổ biến nhất là photpho trắng và photpho đỏ.
a) Photpho trắng: là chất rắn trong suốt, màu trắng hoặc vàng nhạt
trông giống như sáp, có cấu trúc mạng tinh thể phân tử: ở nút mạng là các phân tử hình tứ diện P4
Mô hình phân tử P4
Photpho trắng
6
Các phân tử P4 liên kết với nhau bằng lực tương tác yếu.
Nhiệt độ nóng chảy: 44oC
Không tan trong nước, tan nhiều trong các dung môi hữu cơ như benzen, cacbonđisunfua, ete,….
Kém bền ở nhiệt độ thường
Rất độc, gây bỏng nặng khi rơi vào da. Khi đó phải sơ cứu bằng dung dịch CuSO4.
2P + 5CuSO4 + 8H2O → 5Cu + 5H2SO4 + H3PO4
Bỏng do photpho trắng
7
b. Photpho đỏ (Pn)
Photpho đỏ là chất bột
màu đỏ,





Bột photpho đỏ
Cấu trúc polime của photpho đỏ
Vì có cấu trúc polime nên khó nóng chảy và
khó bay hơi
hơn photpho trắng
,
có cấu trúc polime

8

- Nhiệt độ nóng chảy: 500oC-600oC
- Không tan trong trong các dung môi thông thường
- Không độc
- Bền ở nhiệt độ thường
- Dễ hút ẩm và tảy rửa



P trắng P đỏ
Mềm, dễ nóng chảy và dễ bay hơi
Không tan trong nước , tan trong các dung môi hữu cơ như bezen, ete,…
Tự bốc cháy trong không khí ở hơn 40oC
Rất độc gây bỏng nặng khi rơi vào da
Dễ hút ẩm, khó nóng chảy và khó bay hơi
Không tan trong các dung môi thông thường
Bền trong không khí ở nhiệt độ thường. Cháy ở nhiệt độ hơn 250oC
Không độc, không gây bỏng
9
Từ đó ta rút ra nhận xét sự khác biệt giữa P trắng và P đỏ:
Ngoài ra: hai dạng thù hình có thể chuyển hoá lẫn nhau
bằng nhiệt độ trong điều kiện không có không khí:
P(trắng)
to
250o
P(hơi)
P(đỏ)
hạ to
(làm lạnh)
10
3. Tính chất hoá học:

Do liên kết trong phân tử photpho kém bền hơn trong phân tử nitơ nên ở điều kiện thường photpho hoạt động hoá học mạnh hơn nitơ.

Trong hai dạng thù hình, photpho trắng hoạt động hơn photpho đỏ. Để đơn giản, trong các phản ứng hoá học người ta thường viết phân tử photpho dưới dạng một nguyên tử P.

số oxi hoá của P có thể:

11
Tính oxi hoá
P thể hiện
- Giảm từ 0
- Tăng từ 0
+5
+3,
-3
Tính khử
Nhận xét:

a. Tính oxi hoá
Photpho chỉ thể hiện rõ tính oxi hoá khi tác dụng với một số kim loại hoạt động tạo ra photphua kim loại.

2P + 3Ca → Ca3P2

2P + 3Zn → Zn3P2
12
0
-3
to
Canxi photphua
to
0
-3
Kẽm photphua
Khác với nitơ, photpho hầu như không tác dụng với H2. Muốn điều chế PH3 thông thường phải thuỷ phân muối Photphua:

13
PH3 tên gọi là Photphin, có mùi tanh của cá,rất độc nên
muối kẽm Photphua được dùng làm bẫy chuột.Ngoài ra, nếu có lẫn hợp chất điphotphin P2H4 thì PH3 tự bốc cháy ngay trong không khí ở điều kiện thường (tính chất này giải thích một hiện tượng đôi khi gặp ở nghĩa địa nơi có PH3 thoát ra từ những tử thi đang thối rữa mà vì mê tín người ta cho rằng đó là “ma trơi”).
Zn3P2 + 6H2O → 3Zn(OH)2↓ + 2PH3
14
15
Lấy một chậu thuỷ tinh đựng đầy nước rồi ném vào đó vài mẩu canxi photphua Ca3P2. Những bong bóng khí sẽ xuất hiện, khi thoát lên mặt nước chúng sẽ cháy tạo những vòng sáng lập loè và để lại khói trắng.
Thực chất là đã xảy ra một số quá trình hoá học như sau:
Ca3P2 tác dụng với nước theo phản ứng:
Ca3P2 + 6H2O → 3 Ca(OH)2 + 2PH3
Khi photphua hiđro PH3 thoát lên mặt nước gặp không khí sẽ tự bốc cháy:
2PH3 + 4 O2 → P2O5 + 3H2O
Khói trắng là những hạt chất rắn P2O5 rất nhỏ. Nếu biểu diễn thí nhiệm này vào buổi tối sẽ nhìn thấy rõ ánh sáng lập loè. ở các nghĩa địa xác người chết khi phân huỷ cũng tạo ra khí PH3 do trong xương và các tế bào thần kinh có chứa các hợp chất của photpho. Khí này thoát lên khỏi mặt đất gặp không khí tự bốc cháy cho ánh sáng lập loè, lúc tắt, lúc hiện nên gọi là “ma trơi”
2PH3 + 4O2 → P2O5 +3H2O

b. Tính khử
Photpho thể hiện tính khử khi tác dụng với các phi kim hoạt động như oxi, halogen, lưu huỳnh,… cũng như với các chất oxi hoá mạnh khác.
i) Tác dụng với Oxi
Khi đốt nóng, photpho cháy trong không khí tạo ra các oxit của photpho

Thiếu oxi: 4P + 3O2 → 2P2O3


Dư oxi: 4P + 5O2 → 2P2O5
16
0
+3
Điphotpho trioxit
Điphotpho pentaoxit
+5
0
to
to
ii) Tác dụng với Clo
Khi cho clo đi qua photpho nóng chảy, sẽ thu được các hợp chất photpho clorua:

Thiếu clo: 2P + 3Cl2 → 2PCl3


Dư clo: 2P + 5Cl2 → 2PCl5
17
Photpho pentaclorua
Photpho triclorua
+5
+3
0
0
Ngoài ra còn có phản ứng của photpho với
lưu huỳnh tạo hợp chất photpho sunfua:

2P + 3S → P2S3
to
0
+3
to
to
iii) Tác dụng với các hợp chất
Photpho tác dụng dễ dàng với các hợp
chất có tính oxi hoá mạnh như HNO3 đặc, KClO3, KNO3, K2Cr2O7…

P + 5HNO3(đ,n) → H3PO4 + 5NO2 + H2O

6P + 5KClO3 → 3P2O5 + 5KCl
18
to
to
0
0
+5
+5
Kết luận:
Photpho vừa có khả năng thể hiện tính khử vừa có khả năng thể hiện tính oxi hoá
Photpho thể hiện tính khử khi tác dụng với một số phi kim và các chất có tính oxi hoá mạnh. Số oxi hoá của photpho tăng từ 0 → +3, +5.
Photpho thể hiện tính oxi hoá khi tác dụng với kim loại hoạt động. Số oxi hoá của photpho giảm từ 0 → -3
 Như vậy thông qua các phương trình phản ứng có thể thấy tính oxi hoá của photpho thể hiện kém hơn so với tính khử hay nói cách khác: Đặc trưng cho tính chất hoạt động của photpho là khả năng dễ bị oxi hoá.
19
4. Ứng dụng
20
Phần lớn photpho được dùng để điều chế axitphotphoric:


Photpho đỏ dùng để chế tạo diêm,
pháo,
bom,…
5. Trạng thái tự nhiên, điều chế
a/ Trạng thái tự nhiên:
Trong tự nhiên không gặp photpho ở trạng thái tự do vì nó khá hoạt động về mặt hoá học. Phần lớn photpho trong vỏ Trái Đất nằm ở dạng muối của axit photphoric. Hai khoáng vật chính của photpho là apatit 3Ca3(PO4)2.CaF2 và photphorit Ca3(PO4)2
21
apatit
photphorit
b/ Điều chế
Trong công nghiệp, photpho được sản xuất bằng cách nung hỗn hợp quặng photphorit, cát và than cốc ở 1200oC trong lò điện:

Ca3(PO4)2 + 3SiO2 + 5C → 3CaSiO3 + 2P + 5CO

Hơi photpho thoát ra được ngưng tụ khi làm lạnh, thu đựơc photpho trắng ở dạng rắn.
22
Khai thác apatit ở Lào Cai .
24
Sau đây là phần bài tập củng cố kiến thức
25

Câu hỏi 1:
Liên kết hóa học trong các đơn chất N2, P trắng, P đỏ xếp theo thứ tự độ bền giảm dần là:
A N2, P trắng, P đỏ B P trắng, N2, P đỏ
C N2, P đỏ, P trắng D P đỏ, N2, P trắng
Câu hỏi 2 : Khả năng hoạt động hóa học ở điều kiện thường của các đơn chất N2, P trắng, P đỏ xếp theo thứ tự tăng dần là:

A N2, P trắng, P đỏ B P trắng, N2, P đỏ
C N2, P đỏ, P trắng D P đỏ, N2, P trắng
Đáp án: C
Đáp án: B
26
Câu hỏi 3:
Tại sao trong thiên nhiên nitơ chủ yếu tồn tại ở trang thái tự do còn photpho lại tồn tại ở dang hợp chất?
Trả lời: Vì ở điều kiện thường N2 tương đối trơ về mặt hóa học còn photpho lại khá hoạt động về mặt hóa học
Câu hỏi 4:
Viết các phương trình phản ứng để điều chế axit H3PO4 theo sơ đồ cho sau đây:
P
P2O5
H3PO4
4P + 5O2
to
2P2O5
P2O5 + 3H2O
2H3PO4
27
Một trong những ứng dụng của photpho .