磷化氢的制备、性质和用途

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简介

磷化氢在实验室中通过使用白磷、氢氧化钠并在二氧化碳的惰性环境中加热来制备。磷化氢自然存在于人体的尿液、血液和唾液中。它在工业上有几种应用，但也存在一些健康危害。

关于磷化氢的信息

磷化氢被认为是一种有毒且易燃的元素，法国化学家通过在碳酸钾水溶液存在下加热磷 (P₄) 发现了磷化氢。该实验产生了具有鱼腥味的无色气体。磷化氢被认为是生物化学生命周期中的一种重要元素。由于该化合物在大气中的浓度，该元素的化学性质非常不稳定。

磷化氢的结构

PH3 的结构几何形状为三角锥形。磷化氢的路易斯点结构包含一对孤电子对。磷原子的另外三个电子与三个氢原子共享，形成 PH3 分子的共价键。

图 1 - 磷化氢结构

此外，以下是磷化氢分子的重要事实：

• 磷和氮元素都位于元素周期表中的 15 族。PH3 的分子结构与 NH3（氨）相同。

• 磷的电负性低于氮。

• 磷化氢结构中 H-P-H 的键角为 95.3°。

• P-H 的键长为 1.42 Å。

磷化氢的制备

磷化氢的制备分几个步骤进行，具体步骤如下：

图 2 - 磷化氢气体的制备

• 金属磷化物的酸碱水解（例如磷化钙） - 金属磷化物与水或 HCl 溶液反应生成磷化氢。

$$\mathrm{Ca_{3}P_{2}\:+\:6H_{2}O\:\rightarrow\:2PH_{3}\:+\:3Ca(OH)_{2}}$$

• 由亚磷酸制备 - 亚磷酸 (H3PO3) 分解的过程可以通过纯形式的磷化氢来表示。

$$\mathrm{4H_{3}PO_{3}\:\rightarrow\:3H_{3}PO_{4}\:+\:PH_{3}}$$

• 由磷制备 - 该生产过程从加热白磷开始，可以在 NaOH 溶液中生成 PH3，同时需要有 CO2 环境。

磷化氢生成后，需要进行纯化。P₂H₄ 或 P₄ 的存在使磷化氢成为不易燃的气体。吸收 HI 的过程可以将其转化为 PH4I。因此，加入氢氧化钾可以得到纯净的磷化氢。

$$\mathrm{PH_{4}I\:+\:KOH\:\rightarrow\:PH_{3}\:+\:KI\:+\:H_{2}O}$$

磷化氢的性质

磷化氢的性质可以分为以下两种形式：

物理性质

气体的气味像腐烂的鱼。气体的沸点为 126°F，气体的熔点等于 208.8°F。此外，它“微溶于水”。

该气体的临界温度为 124.9°F。该气体的比重为 1.203。用 PH3 表示。在 70°F 的温度下，其液体密度为 35.50。

化学性质

根据与其他物质的反应，可以判断 PH3 的化学性质。当它与 HBr、HI 和 HCl 发生反应时，可以生成含有鏻离子的化合物。

$$\mathrm{PH_{3}\:+\:HBr\:\rightarrow\:PH_{4}Br}$$

$$\mathrm{PH_{3}\:+\:HI\:\rightarrow\:PH_{4}I}$$

$$\mathrm{PH_{3}\:+\:HCl\:\rightarrow\:PH_{4}Cl}$$

这种气体被认为是有毒气体。即使少量接触也会导致黄疸和头晕等副作用。由于炎症、恶心、脑痛和疲劳，肝脏和肾脏等器官会出现问题。

磷化氢的应用

以下是 PH3 在不同行业中的重要应用：

• 在半导体行业，它少量用作掺杂剂。

• 由于具有自燃的特性，它被用在霍姆斯信号中。

• 该气体的应用可以产生金属磷化物。

• 烟幕 - 磷化钙在水中吸收磷化氢时会产生烟幕，在一些冲突中，它被用来掩护士兵不被敌人发现。

结论

磷化氢被认为是一种无色气体，具有一些难闻的气味。它被用于各种工业应用。磷化氢被认为是有毒的。该气体本身并不易燃。但是，当与任何氧化性物质接触时，它会燃烧甚至爆炸。它可以在实验室中以各种应用进行制备。

常见问题

1. 称为磷化氢的气体的主要性质是什么？

磷化氢的主要性质是：无色、有毒、溶于水，并具有难闻的鱼腥味。

2. 磷化氢的结构是什么？

磷化氢的几何结构是三角双锥形，其中 P 原子上有一对电子，以及三个 P-H 键，键长为 1.42 Å。

3. 磷化氢气体如何在化学实验室中制备？

白磷在 CO₂ 的惰性气氛下用浓 NaOH 溶液加热，生成 PH₃。