Решебник по химии 9 класс. Рудзитис ФГОС §31

Аллотропия — это явление существования одного и того же химического элемента в виде нескольких простых веществ, отличающихся строением молекул или типом кристаллической решётки. Такие формы называют аллотропными видоизменениями (или модификациями). Они обладают разными физическими, а иногда и химическими свойствами, хотя состоят из одинаковых атомов. Примеры аллотропии — белый, красный и чёрный фосфор; кислород O₂ и озон O₃; графит и алмаз — аллотропные формы углерода.

Свойства вещества во многом определяются тем, как именно его атомы или молекулы расположены в пространстве — то есть типом кристаллической решётки. Если решётка плотная, прочная, с сильными связями между частицами (как в алмазе), вещество будет твёрдым, прочным, тугоплавким. Если решётка молекулярная (как у белого фосфора или льда), вещество будет мягким, летучим, низкоплавким.

Например, красный фосфор (аморфный или с кристаллической решёткой) твёрд, тугоплавок и безопасен, а белый фосфор (молекулярная решётка) — мягкий, плавится при 44 °C, ядовит и самовоспламеняется. То есть один и тот же элемент фосфор, образуя разные решётки, проявляет разные свойства.

Азот встречается в природе как в виде соединений, так и в свободном состоянии (в виде молекулы N₂), потому что молекула азота очень устойчива. Между двумя атомами азота в молекуле N₂ существует тройная ковалентная связь, которая требует значительной энергии для разрыва. Это делает молекулярный азот химически инертным, он не вступает легко в реакции, поэтому может накапливаться в атмосфере в свободной форме.

Фосфор, наоборот, гораздо активнее азота. Его атомы образуют только одинарные ковалентные связи, и оставшиеся свободные валентности делают его склонным к образованию новых соединений. В свободном состоянии фосфор неустойчив и очень быстро вступает в химические реакции с другими веществами. Поэтому в природе он встречается только в виде соединений — чаще всего в виде фосфатов.

Свойства белого фосфора:

— кристаллическое вещество, мягкое (режется ножом под водой);

— бесцветный или с желтоватым оттенком;

— плотность 1,8 г/см³;

— температура плавления 44 °C, температура воспламенения — около 40 °C;

— светится в темноте (хемилюминесценция);

— ядовит.

Свойства красного фосфора:

— аморфное или кристаллическое вещество;

— тёмно-красного цвета;

— плотность 2,3 г/см³;

— не растворяется в воде, не светится;

— температура воспламенения — около 260 °C;

— не ядовит.

Опыт, доказывающий, что это видоизменения одного и того же элемента — аллотропные модификации: при нагревании белого фосфора без доступа воздуха он превращается в красный. Это физическое превращение сопровождается изменением структуры, но не состава вещества. Оба вещества состоят из атомов фосфора (P), что подтверждается химическим анализом и получением одних и тех же соединений при взаимодействии с другими веществами.

Масса чистого фосфата кальция в 100 г смеси:

100 г – 5% = 95 г чистого Ca₃(PO₄)₂

Рассчитаем молярную массу Ca₃(PO₄)₂:

Ca: 40 × 3 = 120

P: 31 × 2 = 62

O: 16 × 8 = 128

Итого: 120 + 62 + 128 = 310 г/моль

По уравнению реакции (см. с. 121):

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

Из 1 моль (310 г) фосфата кальция получается 2 моль фосфора (2 × 31 = 62 г).

Составим пропорцию:

310 г Ca₃(PO₄)₂ → 62 г P

95 г Ca₃(PO₄)₂ → x г P

x = (95 × 62) / 310 = 19 г фосфора

Ответ: из 100 г фосфата с 5% примесей получится 19 г фосфора.

Уравнение реакции:

(2P + 3Ca → Ca₃P₂)

Найдём молярную массу Ca₃P₂:

Ca: 40 × 3 = 120

P: 31 × 2 = 62

Итого: 182 г/моль

Масса продукта реакции: 18,2 г

Найдём, сколько молей Ca₃P₂ получилось:

n = 18,2 / 182 = 0,1 моль

По уравнению:

3 моль Ca + 2 моль P → 1 моль Ca₃P₂

Значит, на 0,1 моль Ca₃P₂ ушло:

Ca: 0,1 × 3 = 0,3 моль

P: 0,1 × 2 = 0,2 моль

Массы реагентов:

Ca: 0,3 × 40 = 12 г (по условию — совпадает)

P: 0,2 × 31 = 6,2 г

Масса исходной смеси: 12 г + 6,2 г = 18,2 г

Массовая доля фосфора:

(6,2 / 18,2) × 100% ≈ 34%

Ответ: массовая доля фосфора в смеси составляет 34%.