ЗАНЯТТЯ №20 (6 год.)

Тема 31. Фосфор та його сполуки

Тема 32. р-елементи VА групи. Підгрупа Арсену (Арсен, Стибій, Бісмут)

МЕТА:

§         Пояснювати закономірність зміни атомних радіусів, енергії іонізації, спорідненості до електрона, електронегативності р-елементів із зростанням їх атомного номеру в підгрупі та періоді.

§         Запропонувати можливі ступені окиснення та пояснити хімічну активність простих речовин р-елементів залежно від конфігурації валентних електронів.

§         Трактувати збуджений стан атомів та гібридизацію їх атомних орбіталей і форму молекул на прикладі утворення відповідних сполук.

§         Трактувати підсилення металічних властивостей простих речовин р-елементів у підгрупі та зменшення у періоді із зростанням заряду ядра їх атомів.

§         Пояснювати хімічні властивості простих речовин та сполук р-елементів за допомогою рівнянь хімічних реакцій.

§         Порівняти умови одержання, стійкість та хімічну активність оксидів, гідрогенпохідних, галогенидів, гідроксидів і солей залежно від ступеню окиснення та положення р-елементів у періодичній системі.

§         Аналізувати здатність сполук р-елементів до участі в реакціях комплексоутворення .

§         Пояснювати окисно-відновні та кислотно-основні  властивості сполук р-елементів залежно від ступеня окиснення елементу.

§         Пояснювати методи добування та хімічні властивості полімерних кислот та їх солей.

§         Запропонувати реакції якісного виявлення катіонів і аніонів р-елементів.

§         Запропонувати прості речовини і сполуки р-елементів, які застосовують у фармацевтичному аналізі та медицині.

Професійна орієнтація студентів

Як органогенний елемент фосфор входить до складу білків кісткової та мозкової речовини. Середня кількість його в організмі людини близько 1,5 кг. Він є необхідний для життя рослин, в яких він скупчується в плодах та насінні. З ґрунту фосфор потрапляє до рослин, а від останніх до людини і тварин у вигляді рослинних продуктів. Фосфор входить до великої кількості органічних речовин, так званих фосфорорганічних сполук, що використовуються і як лікарські препарати – проявляють протиглаукомну та протипухлинну дію.

Арсен належить до незамінних мікроелементів, які приймають участь у важливих біологічних процесах. Він стимулює процеси кровотворення, зокрема приймає участь в синтезі гемоглобіну, а також бере участь в окисно-відновних процесах та процесах нуклеїнового обміну.

Сполуки Бісмуту застосовуються при підвищеній кислотності шлункового соку у формі солей бісмуту нітрату і цитрату (Вікаїр, Вікалін, Де-нол або Гастронорм).

Методика виконання практичної роботи.

Тема 31. Фосфор та його сполуки

Робота 1. Ортофосфатна кислота та її властивості.

А. Добування ортофосфатної кислоти.

Внести в пробірку невелику кількість червоного фосфору (дуже мало) і додати 3-5 крапель концентрованої нітратної кислоти. Під витяжкою пробірку підігріти легко до початку виділення газу, після чого нагрівання припинити. Розчин зберегти для наступного досліду.

Написати рівняння реакції отримання ортофосфатної кислоти, враховуючи, що при цьому виділяється оксид нітрогену (ІІ) та рівняння ступінчастої дисоціації фосфатної кислоти.

Б. Виявлення фосфат-іону.

В пробірку внести 5-6 крапель насиченого розчину амоній молібдату, підкисленого нітратною кислотою (молібденова рідина) і додати до нього краплю отриманого в досліді А розчину. Пробірку з розчином нагріти на водяній бані. Випадання жовтого осаду вказує на присутність іонів РО₄^3- в розчині, отриманому у досліді А. Дана реакція:

H₃PO₄ + 12(NH₄)₂MoO₄ +21HNO₃ = (NH₄)₃[P(Mo₃O₁₀)₄]¯ + 21NH₄NO₃ + 10H₂O

є якісною реакцією на фосфат-іони.

Робота 2.  Отримання кальцій гідрофосфату.

Внести в пробірку по 4-5 крапель 0,5н розчинів кальцій хлориду і натрій гідрофосфату. Відзначте колір осаду, який випав. Написати рівняння реакції в молекулярній та іонній формі.

Робота 3. Осадження ферум (ІІІ) фосфату і алюміній фосфату в присутності ацетату натрію.

У дві пробірки внести по 3-4 краплі розчинів солей: в першу – 0,5н ферум (ІІІ) хлориду, в другу – 0,5н розчину алюміній хлориду. Додавати в кожну з пробірок по 2-3 краплі 0,5н розчину натрій ацетату і 0,5н розчину натрій гідрофосфату. Відзначте колір осадів, що випали.

В даному випадку у розчинах солей алюмінію і феруму (ІІІ), забуферованих ацетатом натрію, отримують середні фосфати цих металів, які є нерозчинні в оцтовій кислоті:

Ме³⁺ + НРО₄^2- + СН₃СОО^– = МеРО₄¯ + СН₃СООН.

Написати рівняння реакцій в молекулярному та іонному вигляді.

Тема 32. р-елементи VА групи. Підгрупа Арсену (Арсен, Стибій, Бісмут)

Робота 4. Гідроксиди Sb(III) і Bi(III) та їхні властивості.

У дві пробірки внести по 3-4 краплі 0,5н розчину стибій (ІІІ) хлориду, в дві інші – стільки ж 0,5н розчину бісмут нітрату. В усі чотири пробірки додати по 3-5 крапель 2н розчину лугу до випадання осадів. В одну з пробірок з осадом гідроксиду стибію додати декілька крапель 2н розчину хлоридної кислоти, в другу – лугу. Спостерігати розчинення осадів в обох випадках. Провести аналогічні досліди з бісмут гідроксидом, замінивши хлоридну кислоту  нітратною. Чи в обох випадках розчинився осад Ві(ОН)₃?

Зробити висновок про властивості гідроксидів стибію і бісмуту. Написати рівняння реакцій їх отримання в молекулярній та іонній формі, рівняння реакцій взаємодії вказаних гідроксидів з кислотою і лугом, враховуючи, що у надлишку лугу стибій гідроксид утворює комплексний аніон [Sb(OH)₆]^3- – гексагідроксоантимонат (ІІІ).

Робота  5. Відновні властивості сполук стибію (ІІІ) і бісмуту (ІІІ).

У дві пробірки помістити по 2-3 краплі 0,5н розчину калій перманганату і 2н розчину хлоридної кислоти. В одну з пробірок додати 3-5 крапель 0,5н розчину стибій (ІІІ) хлориду, а в другу – стільки ж 0,5н розчину бісмут (ІІІ) нітрату. Відзначте знебарвлення розчину у першій пробірці. Чи відбувається аналогічна реакція у другій пробірці?

Написати рівняння реакції відновлення калій перманганату до манган (ІІ) хлориду і окиснення SbCl₃ до H[SbCl₆]. Відзначте різну відновну активність іонів Sb³⁺ і Bi³⁺. Знайдіть відповідні значення стандартних електродних потенціалів. Чи підтверджують вони практичні спостереження?

Робота 6. Отримання бісмут (ІІІ) йодиду і його комплексної сполуки.

У пробірку внести 1 краплю 0,5н розчину бісмут (ІІІ) нітрату і одну краплю 0,1н розчину калій йодиду. Відзначте випадання чорного осаду. До отриманого осаду додати надлишок калій йодиду (3-4 краплі) до розчинення бісмут йодиду, що супроводжується утворенням комплексної сполуки K[BiJ₄].

До отриманого розчину K[BiJ₄] додати 5-10 крапель води і спостерігати вдруге випадання бісмут йодиду через руйнування комплексної сполуки. Додати ще декілька крапель води і нагріти пробірку. Відзначте утворення оранжевого осаду BiОJ, який є продуктом гідролізу бісмут (ІІІ) йодиду.

Написати рівняння реакцій:

а) отримання бісмут (ІІІ) йодиду;

б) утворення комплексної сполуки (в молекулярній та іонній формі);

в) руйнування комплексної сполуки бісмуту;

г) гідролізу бісмут йодиду, який відбувається з утворенням основної солі бісмуту Bi(ОН)₂J;

д) розкладу вказаної вище основної солі, який супроводжується утворенням BiОJ.

Написати вираз константи нестійкості комплексного іону [BiJ₄]^–. Користуючись цим виразом, пояснити, чому додавання води сприяло руйнуванню комплексного іону? Чому гідроліз йодиду не протікав інтенсивно в досліді А його отримання? Які фактори вплинули на посилення гідролізу цієї солі?

Програма самопідготовки

Тема 31. Фосфор та його сполуки

Фосфор. Загальна характеристика. Алотропні видозміни Фосфору, їх хімічна активність. Фосфіди, фосфін, порівняння їх з відповідними сполуками Нітрогену.

Сполуки Фосфору з позитивним значенням ступеня окиснення. Галогеніди, їх гідроліз. Оксиди, стереохімія і природа зв’язку, взаємодія з водою і спиртами. Фосфатна(І) і фосфатна(ІІІ) кислоти, будова молекул, кислотно-основні та окисно-відновні властивості. Ортофосфатна кислота та її йони; дигідрогенфосфати, гідрогенфосфати і фосфати, їх кислотно-основні властивості. Дифосфатна кислота. Ізополі- і гетерополіфосфатні кислоти. Метафосфатна кислота, порівняння її з нітратною кислотою. Якісна реакція на фосфат-іон. Біологічна роль Фосфору та його сполук.

Тема 32. р-елементи VА групи. Підгрупа Арсену (Арсен, Стибій, Бісмут)

Елементи підгрупи Арсену. Загальна характеристика. Сполуки Арсену, Стибію та Бісмуту з Гідрогеном у порівнянні з амоніаком та фосфіном.

Визначення Арсену та Стибію методом Марша.

Сполуки з додатним ступенями окиснення. Галогеніди і зміна їхніх властивостей в групі. Оксиди і гідроксиди елементів(ІІІ) та елементів(V), їхні кислотно-основні та окисно-відновні властивості. Арсеніти й арсенати, кислотно-основні та окисно-відновні властивості. Солі катіонів Стибію і Вісмуту. Утворення оксосолей. Стибіатна кислота та її солі. Бісмутати та їх стійкість.

Хімічні основи застосування в медицині і фармації оксидів і солей Арсену, Стибію та Бісмуту, та сполук р-елементів VA групи у фармацевтичному аналізі.

Зразки тестових завдань та ситуаційних задач.

1. Особливості гідролізу солей Стибію та Бісмуту (ІІІ) полягають в тому що: 

*А. Утворюються оксосолі 

В. Утворюються гідроксосолі 

С. Утворюються комплексні сполуки 

D. Утворюються середні солі 

Е. Утворюються кислі солі 

2. Газ, який не можна сушити оксидом фосфору (V), це: 

*А. Аміак 

В. Хлор 

С. Сірчистий газ  

D. Вуглекислий газ 

Е. Фтор 

3. Яка з наведених кислот є одноосновною? 

*A. Гіпофосфітна 

B. Фосфатна 

C. Дифосфатна 

D. Сульфітна 

E. Сульфатна 

4. Ступінь окиснення Фосфору в фосфітній кислоті (H₂[PO₃H]) дорівнює: 

*A. +3 

B. –3 

C. +1 

D. +4 

E. +5 

1. Написати електронно-графічні схеми та електронні формули для атомів та іонів: P^-3, P^-2, P^-1, P, P⁺¹, P⁺², P⁺³, P⁺⁵.

2. Назвіть сполуки та вкажіть с.о. фосфору в них: PH₃, Ca₃P₂, P₂H₄, P₄, H₃PO₂, P₂I₄, P₄O₆, H₃PO₃, PF₃, P₄O₁₀, H₃PO₄, PF₅, POCl₃.

3. Фізичні властивості фосфору, назвіть його модифікації.

4. Написати рівняння реакцій, які протікають при отриманні фосфору з природнього кальцій фосфату.

5. Напишіть формулу фосфіну, його фізичні властивості. Добудьте фосфін за реакціями: а) взаємодії білого фосфору з лугом; б) з фосфідів активних металів.

6. Допишіть рівняння реакцій та назвіть продукти: а) P₄ + Cl₂ =; б) PCl₅ + P =; в) PCl₃ + Cl₂ = ; г) PCl₅ + H₂O =; д) POCl₃ + H₂O =; е) CH₃COOH + PCl₅ =. Написати рівняння реакцій гідролізу хлориду і йодиду фосфору (ІІІ).

7. Написати емпіричні і графічні формули кислот: а) ортофосфатної; б) пірофосфатної; в) фосфористої; г) фосфорнуватистої; д) фосфористого ангідриду; е) фосфорного  ангідриду. Який ступінь окиснення фосфору і яка ковалентність фосфору в кожному випадку? Порівняйте силу цих кислот. Як називають їх солі. Наведіть приклади.

8.      Складіть рівняння гідролізу фосфату, гідрофосфату та дигідрофосфату натрію. Яке рН в розчинах цих солей? Які фосфати краще розчинні у воді?

9. Знайти рН розчину, отриманого розчиненням 2,2 г фосфор (ІІІ) оксиду в 1 л води, приймаючи до уваги лише першу стадію дисоціації утвореної кислоти (К_д Н₂РО₃H = 3,1 10^-2).

10. Наведіть якісні реакції на фосфат-іон.

11. Написати електронно-графічні схеми та електронні формули для атомів та іонів: As^-3, As⁺³, As, Sb, Bi.

12. Допишіть реакції добування Арсену та Стибію за реакціями: 1) As₂O₃ + O₂ = №1 + …, №1 + С =; 2) Sb₂S₃ + O₂ = №2 + …., №2 + С =.

13. Допишіть рівняння реакцій та назвіть продукти: а)As + O₂ = ; б) Sb+ O₂ =; в) As + HNO_3(конц) =; г) Bi + HNO_3(конц) = ; д) Sb + H₂SO₄ = ; е) Sb + HNO_3(конц) =; є) Sb + HNO_3(розв) =; ж) Bi + HNO_3(розв) =; з) As + HCl = ; и) As + H₂SO₄ =.

14. Наведіть реакцію Марша. З якою метою вона використовується? Який газоподібний продукт виділяється? Дайте йому назву. Як у подальшому він розкладається?

15. Який із вказаних оксидів проявляє найбільш основні властивості? Який найбільш кислотні? Який з них є найбільш сильним окисником, а який найбільш сильним відновником?

As₂O₃          As₂O₅

Sb₂O₃          Sb₂O₅

Bi₂O₃           Bi₂O₅

Які фактори впливають на зміну цих властивостей?

16. Як називають оксид Арсену (ІІІ)? Добудьте As₂O₃ за рівняннями: 1) As₂S₃+O₂=; 2)FeAsS+O₂=. Допишіть рівняння реакцій та назвіть продукти: а) As₂O₃+H₂O =; б) As₂O₃+NaOH=.

17. Наведіть формулу арсенатної кислоти. Допишіть реакції її добування: 1)As₂O₃+H₂O+HNO₃=; 2) Na₃AsO₄+KI+HCl= . Урівняйте реакції методом іонно-електронного балансу.

18. Добудьте вісмут нітрат основний та вкажіть його застосування.

19. Наведіть якісні реакції на Bi³⁺, As³⁺, As⁵⁺, Sb³⁺, Sb⁵⁺.

20. Написати в молекулярному й іонному вигляді рівняння реакцій:

а) отримання гідроксидів As^III, Sb^III, Bi^III;

б) взаємодії цих гідроксидів з надлишком кислоти і лугу.

Які властивості проявляють вказані гідроксиди?

21. Закінчити рівняння реакцій і підібрати коефіцієнти:

PH₃ + KMnO₄ + H₂SO₄® H₃PO₄ + ….

P₄ + Ba(OH)₂ + H₂O ® …

H₃PO₂ + FeCl₃ + H₂O ® H₃PO₃ + …

H₃PO₃ + AgNO₃ + H₂O ® Ag + …

H₃PO₃ + Zn + H₂SO₄ ® PH₃ + …

Sb₂S₃ + HNO₃ + H₂O ® H[Sb(OH)₆] + …

NaBiO₃ + Mn(NO₃)₂ + HNO₃ ® Bi(NO₃)₃ + HMnO₄ + …

AsH₃ + KMnO₄ + H₂SO₄ ® H₃AsO₄ +…

               Sb + KClO₃ + H₂SO₄ ® Sb₂(SO₄)₃ + …

 

Студент повинен знати:

1. Хімічні властивості Флору, Арсену, Стибію, Бісмуту, та властивості їх сполук.

Студент повинен вміти:

1.      Проводити аналіз солей Флору, Арсену, Стибію, Бісмуту.

Джерела інформації

а) Основні:

1. Левітін Є.Я., Бризицька А.М., Клюєва Р.Г. Загальна та неорганічна хімія. – Вінниця: Нова книга, 2003. – 464 с.

2. Романова Н.В. Загальна та неорганічна хімія: Підруч. Для студ. вищ. навч. закл. –ВТФ «Перун», 2004. – 480 с. 

3.      Рейтер Л.Г. Степаненко О.М., Басов В.П. Теоретичні розділи загальної хімії: Навчальний посібник. – К.: Каравела, 2003. – 344 с.

4.      Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. – М.: Высшая шк., 2003. – 743 с.

5. Загальна та неорганічна хімія: У 2-х ч./О.М.Степаненко, Л.Г.Рейтер, В.М.Ледовских, С.В.Іванов. – К.: Пед. Преса, 2002.– Ч. І.– 520 с.

6. Каличак Я.М., Кінжибало В.В., Котур Б.Я. та ін. Хімія. Задачі, вправи, тести: Навчальний посібник. – Львів: Світ, 2001. – 176 с.

7. Державна Фармакопея України / Державне підприємство «Науковий-експертний фармакопейний центр». – 1-е вид. – Харків: РІРЕГ, 2001.– 556 с.

8. www.tdmu.edu.te.ua/education.php.

б) Додаткові:

1.      В. Гомонай, С. Мільович Біонеорганічна хімія. – Ужгород: ВАТ «Патент», 2006. – 200 с.

2.      Телегус В.С., Бодак О.І., Заречнюк О.С., Кінжибало В.В. Основи загальної хімії – За ред. В.С. Телегуса: Підручник – Львів: Світ, 2000 – 424 с.

3.      Ершов Ю.А. Попков А.С. Берлянд А.З. Книжник А.З. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов. – М.: Высш. шк., 2000. – 560 с.

 

Автор: к.х.н., асист. Демид А.Є.

 

Обговорено і затверджено на засіданні кафедри

_____     ________2013р. протокол № ___

 

Переглянуто на засіданні кафедри

_____     ________20__ р. протокол № ___