化学自习室移动版

1、红磷不易溶于水，为什么长期放置时会变为黏稠的糊状物？

磷的单质都不易溶于水，但它们都非常易被氧化为易溶于水的氧化物，如P₄O₆、P₄O₁₀等，这些氧化物都容易与水反应：

P₄O₆＋6H₂O=4H₃PO₃(亚磷酸)，

P₄O₁₀＋ 2H₂O(冷)= 4HPO₃(偏磷酸)，

P₄O₁₀＋ 6H₂O(热)=4H₃PO₄(磷酸).

产物H₃PO₃，HPO₃、H₃PO₄等都具有极强的吸水性。

白磷的氧化非常迅速，暴露在空气中很容易因氧化积累热量导致自燃(故实验室里少量的白磷都是保 存在冷水中)；红磷比白磷化学性质略稳定一些，但若长期和空气接触，其表面也易被氧化为氧化物，因该 氧化过程不是非常迅速，氧化过程中产生的热量会散失到周围空气里去，所以红磷一般不会自燃，而是表面氧化产物与水化合形成的各种含氧酸吸水潮解，形 成溶液。因此，要想把已经“潮湿”的红磷变干燥，可用水洗涤后过滤，再在短时间内把红磷表面的水分吹干。

与红磷在空气中的氧化一样，保存在冷水中的白磷也易被水中的溶氧氧化为含氧酸，故长期保存白磷的水呈酸性，滴入石蕊溶液时会变红。

2、红磷的升华是物理变化还是化学变化？

把红磷隔绝空气加热到416℃，它就会升华变为 磷的蒸气，该蒸气(分子式已)凝结后得到的固体不再是红磷本身，而是白磷。同素异形体之间的转化属于化学变化，所以红磷升华属于化学变化。红磷升华过程中的微观变化可以用图1表示：

3、 白磷和红磷分别是如何制取的？

磷元素在自然界中主要以PO₄^3－的形式存在，要 获得磷的单质，必须采用还原的策略，工业上首先用 焦炭高温还原磷矿石粉末获得白磷：

2Ca₃(PO₄)₂＋10C＋6SiO₂=P₄ ＋10CO₂↑＋6CaSiO₃

把从反应器中逸岀的蒸气通入冷水冷凝，即可获 得固态白磷。

由于白磷太过活泼，除了军事上用作烟幕弹、燃烧弹，少量用于制造高纯度磷酸外，并无特别多的用途，所以一般把它隔绝空气加热到260℃，使它慢慢转化为用途更广泛的红磷，因为红磷性质相对稳定， 大量用作制造安全火柴、发令枪火药等。

4、为什么生产高纯度的磷酸要用白磷为原料？

工业上生产磷酸的主要方法是用磷矿石或磷灰石与浓硫酸反应：

Ca₃(PO₄)₂＋3H₂SO₄= 3CaSO₄＋2H₃PO₄，

Ca₅(PO₄)₃F＋5H₂SO₄=5CaSO₄＋3H₃PO₄＋HF↑.

把矿石粉碎后和浓硫酸混合搅拌，待其充分反应后滤除CaSO₄即得粗磷酸，粗磷酸可直接应用于磷肥 (主要是指重过磷酸钙Ca(H₂PO₄)₂)的生产，此法制造的磷酸中不可避免地混有来自矿石的一些可溶性杂质，提纯比较困难。

如何获得高纯度的磷酸，人们想到了磷单质比较容易通过蒸馏或升华法提纯的性质，通过提纯白磷， 再利用白磷在纯氧中燃烧的办法获取高纯度P₄O₁₀， 用此高纯度P₄O₁₀与热水作用，就可以获得高纯度磷酸了。这一生产思路和工业上通过“粗硅SiHCl₃高纯度SiHCl₃高纯硅” 途径获得高纯度硅单质非常相似。

5、 为什么使用红磷制造的火柴叫安全火柴，其工作原理是怎样的？

在安全火柴出现之前，人们已经在制造随身携带 的火种方面进行了无数次的尝试，如中国早在南北朝时期，就有将硫磺沾在小木棒上，借助于火种或火刀、 火石，方便地引燃木条的记录，这种沾有硫磺的木条可视为最原始的火柴；欧洲的古罗马时期，大街上也有出售类似引火物的；17世纪后期，欧洲科学家提炼岀了白磷，人们利用白磷极易在空气中自燃这一特性，在小木棒一端沾上硫磺，然后再沾白磷而引火；19 世纪早期，欧洲人还发明了将氯酸钾和糖用树胶粘在小木棒上，使用时沾上浓硫酸而发火的“分体式火柴”，显然，这些“火柴”都比现在的安全火柴复杂难用，不易推广。后来，人们开发了直接把白磷固定在小木条一端，使用时不管在什么物体上一划即可引燃的火柴，但是由于白磷剧毒且极易自燃，这种火柴的保 存有很大的问题。那时火柴都是每根单独包装、出售的，虽然相对于上述各种“火柴”使用方便一些了，但 还不属于安全火柴。19世纪中叶，科学家研制出性质 相对稳定且无毒的红磷，1855年，瑞典科学家J.E德斯特伦将氯酸钾和硫磺等混合物粘在小木条一端，而将红磷涂在包装盒外面，使用时将火柴头在磷层上轻轻擦划，即能发火，制作出了第1根现代的“安全火柴由于把氧化剂和还原剂分开保存，大大增强了生产和使用中的安全性，称之为“安全火柴”。

小小的一根火柴，其中蕴含着非常多的化学知识，目前广泛使用的安全火柴，仍由火柴头、火柴皮两部分构成，火柴皮侧面一般涂有红磷、玻璃粉(增大摩擦力) 和黏合剂(增强附着力)组成的混合物。火柴杆则事先浸入硼砂(Na₂B₄O₇·10H₂O)或磷酸铵((NH₄)₃PO₄) 的溶液中处理后干燥，以控制其燃烧速度，增加安全 性；在将要做火柴头的部位蘸一些石蜡油，然后将其浸入黏合剂、上色剂、可燃物(主要是硫与Sb₂S₃)和氧化 剂(主要是KClO₃、MnO₂等)的混合物中取出干燥。在划火柴时，摩擦产生的热量首先使擦下的极微量红磷燃烧，所以火柴擦燃的瞬间我们会看到一股白烟 (P₄O₁₀)，继而依次引燃火柴头上的硫和三硫化二锑等易燃物、石蜡、火柴杆，这些可燃物的着火点是依次升高的，该过程中会闻到SO₂的刺激性气味，氯酸钾 (MnO₂催化下)的作用是分解放出氧气，帮助燃烧。