Задача 9-4 (автор Розова М. Г.)

1. Элемент, содержащийся в большом количестве в рыбе, играющий важнейшую роль в процессах жизнедеятельности всех живых организмов, составляющий существенную часть костной ткани и зубной эмали человека, входящий в состав многих минеральных удобрений – фосфор (элемент Х).

Основным промышленным способом получения фосфора является высокотемпературное прокаливание в электрических печах смеси фосфорита (минерал В – Ca₃(PO₄)₂, или точнее Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂ – гидроксиапатит), угля и кварцевого песка. Образующиеся при этом пары белого фосфора (Р₄) конденсируют под слоем воды:

2Ca₃(PO₄)₂ + 6SiO₂ + 10C 6CaSiO₃ + 10CO + P₄.

2. Рассчитаем молярную массу соединения А:

M = 4,28 ∙ 29 = 124,12 г/моль. Такая масса соответствует молекуле P₄ .

Рассчитаем молярную массу соединения при температуре 900 °С:

M = 2,14 ∙ 29 = 62,06 г/моль. Такая масса соответствует молекуле P₂.

3. Молекула Р₄ представляет собой тетраэдр, в вершинах которого находятся атомы фосфора.

4. При нагревании белого фосфора с концентрированным раствором гидроксида бария образуется гипофосфит бария (соль С) и фосфин (соединение D), который вспыхивает на воздухе за счет небольшой примеси дифосфина (газа E):

2P₄ + 3Ba(OH)₂ + 6H₂O ® 3Ba(H₂PO₂)₂ + 2PH₃­.

2P₂H₄ + 7O₂ ® 4HPO₃ + 2H₂O.

5. Графические формулы молекул фосфина, дифосфина и фосфорноватистой кислоты (F), образующейся при подкислении серной кислотой раствора гипофосфита бария:

.

Фосфорноватистая кислота – кислота одноосновная: H₃PO₂ ⇄ H⁺ + H₂PO₂^-. Запишем выражение для константы диссоциации этой кислоты:

.

Решая полученное квадратное уравнение, получаем х = [H⁺]» 0,06 М.

Система оценивания:

1. Элемент Х 2 балла;

Уравнение реакции получения А 2 балла;

2. Расчет молярной массы при 400 °С и 900 °С по 0,5 балла

Формулы соединений по 0,5 балла

3. Структурная формула молекулы А 2 балла;

4. Уравнения реакций А с Ba(OH)₂ и горения E 2 балла ´ 2 = 4 балла;

5. Структурные формулы D, E и F 2 балла ´ 3 = 6 баллов;

6. Расчет концентрации Н⁺ 2 балла;

Итого 20 баллов.