1.理论

我们进行一个实验操作之前,了解反应原理是很重要的,这有助于我们选取适当的仪器、药品,调整我们的实验操作。

反应原理

4P=ΔP4 4P\xlongequal[\quad\quad]{\Delta}P_4\uparrow

反应物

红磷

红磷,化学式为P。紫红色粉末。燃烧会产生五氧化二磷(P2O5),着火点约为260℃。无毒,不溶于二硫化碳(CS2)。熔解时不会变成蒸汽而直接转化为白磷。

生成物

白磷

白磷,化学式为P4。白色或浅黄色半透明性固体。质软,冷时性脆,见光色变深。暴露空气中在暗处产生绿色磷光和白烟。在湿空气中约40℃着火。燃烧会产生五氧化二磷(P2O5)。白磷有剧毒,磷氧化合物也有毒性。易溶于二硫化碳(CS2)。

可能发生的其他反应

4P+5O2=点燃2P2O5 4P+5O_2\xlongequal[\quad\quad]{点燃}2P_2O_5
P4+5O2=点燃2P2O5 P_4+5O_2\xlongequal[\quad\quad]{点燃}2P_2O_5
P4+3O2=点燃2P2O3 P_4+3O_2\xlongequal[\quad\quad]{点燃}2P_2O_3
P4+2O2=P4O+O3 P_4+2O_2\xlongequal[\quad\quad]{}P_4O+O_3

2.制取

注意

请遵守实验室安全守则,在通风柜完成下列实验。

请尽可能对自己进行保护,如佩戴防毒面具等。

实验所需药品

  1. 红磷

  2. 热的蒸馏水

实验所需仪器

  1. 酒精灯

  2. 小试管(d=1cm,l=10cm)

  3. 试管夹/铁架台(带铁夹)

  4. 烧杯(V=100mL)

  5. 药匙+纸槽

  6. 水槽

  7. 镊子

实验步骤

  1. 向试管中加入约1g的红磷;

  2. 用塞子密封[重要,最好是全玻的],有条件的可以填充保护气,如丁烷、二氧化碳、稀有气体等;

  3. 用试管夹或者铁架台夹住试管,试管略向下倾斜;

  4. 用酒精灯预热,后对着试管底部集中加热,塞子可能弹开;

  5. 待红磷全部反应,等待试管冷却到室温,取下试管;

  6. 带着塞子倒扣入水中,用热水使试管微热,方便白磷融化流出;

  7. 用镊子夹出小块白磷,投入装有热水的烧杯内;

  8. 白磷融化变成一大块时,冷却烧杯内的水,取出白磷;

  9. 将白磷放在水中贮存。

可用的提纯方案

1.重结晶法

使用二硫化碳溶解白磷,过滤后等待二硫化碳完全挥发,可取得纯洁的白磷。

2.蒸馏法(较危险)

进行减压蒸馏粗白磷,馏出的为较为纯净的白磷。注意:需要反复检查气密性,否则可能产生包括但不限于爆炸、中毒、火灾等实验事故。

3.性质

与热的浓碱溶液的反应(鬼火)

白磷可以和氢氧化钠和氢氧化钾的热的浓溶液反应,产生磷化氢气体,以氢氧化钠为例,反应方程式如下:

P4+3KOH()+3H2O=ΔPH3+3KH2PO2 P_4 + 3KOH(浓) + 3H_2O\xlongequal[\quad\quad]{\Delta}PH_3\uparrow + 3KH_2PO_2

磷化氢气体燃烧会产生绿色火焰,这就是所谓的“鬼火”。

白磷的无害化处理

白磷以及其大部分氧化物都有很大的毒性,我们通常使用硫酸铜溶液对其进行无害化处理,这是一个氧化还原反应,白磷充当还原剂,反应方程式如下:

P4+10CuSO4+16H2O=10Cu+4H3PO4+10H2SO4 P_4+10CuSO_4+16H_2O\xlongequal[\quad\quad]{}10Cu+4H_3PO_4+10H_2SO_4
11P4+60CuSO4+96H2O=20Cu3P+24H3PO4+60H2SO4 11P_4+60CuSO_4+96H_2O\xlongequal[\quad\quad]{}20Cu_3P↓+24H_3PO_4+60H_2SO_4

白磷全部转换为无毒的磷酸和磷化铜。但是相信你看到第二个方程式的配平你会感到惊讶,但是我可以保证,配平是正确的(希望这个方程式不是在考试的时候遇到)。