Bài 11: Axit photphoric và muối photphat

Tóm tắt lý thuyết

1.1. Axit photphoric

1.1.1. Cấu tạo phân tử

Cấu tạo phân tử H3PO4

Hình 1: Cấu tạo phân tử H3PO4

  • Photpho có số oxi hóa là +5

1.1.2. Tính chất vật lí

  • Tinh thể trong suốt, nóng chảy ở 42,50C. Rất háo nước nên dễ chảy rữa, tan trong nước ở bất kì tỉ lệ nào.
  • Dung dịch axit sunfuric là dung dịch đặc, sánh, không màu, có nồng độ 85%.

1.1.3. Tính chất hóa học

1.1.3.1. Tính axít

  • Trong nước H3PO4 phân li theo 3 nấc:

H3PO \(\leftrightarrows\) H+ + H2PO4

H2PO4  \(\leftrightarrows\) H+ + HPO42-

HPO4 2- \(\leftrightarrows\) H+ + PO43-

  • Dung dịch H3PO4 có tính chất chung của 1 axít và có độ mạnh TB: Nấc 1 > nấc 2 > nấc 3

1.1.3.2. Tác dụng với bazơ

  • Tuỳ theo tỉ lệ chất tham gia phản ứng mà H3PO4 sinh ra muối axít hoặc muối trung hoà

H3PO4 + NaOH → NaH2PO4 + H2O     (1)

H3PO4 + 2 NaOH → Na2HPO4+ 2H2O (2)

H3PO4 + 3 NaOH → Na3PO4 + 3H2O   (3)

  • \(a = \frac{{{n_{NaOH}}}}{{{n_{{H_3}P{O_4}}}}}\)

Nếu a \(\leq\) 1 → NaH2PO4  (1)

Nếu a = 2 → Na2HPO4  (2)

Nếu a \(\geq\) 3 → Na3PO4    (3)

Nếu 1< a < 2 xảy ra (1) và  (2)

Nếu 2< a < 3 xảy ra (2) và  (3)

1.1.3.3. H3PO4 không có tính oxi hóa

  • Mặc dù Photpho có số oxi hóa cao nhất +5 nhưng H3PO4 không có tính oxi hoá như HNO3 vì trong ion PO43- rất bền vững.
  • H3PO4 là axít 3 nấc có độ mạnh trung bình và không có tính oxi hoá.

1.1.4. Điều chế

  • Từ quặng photphorit hoặc apatit: Ca3(PO4)2 + 3 H2SO4 (đ) → 2H3PO4 + 3CaSO4

→ H3PO4 thu được không tinh khiết.

  • Từ photpho:

4 P + 5O2 → 2 P2O5

P2O5 + 3 H2O → 2 H3PO4

→ Phương pháp này H3PO4 có độ tinh khiết và nồng độ cao hơn.

1.1.5. Ứng dụng

  • Điều chế muối photphat
  • Sản xuất phân lân, thuốc trừ sâu
  • Dược phẩm

1.2. Muối photphat

1.2.1. Tính tan

  • Muối trung hoà và muối axit của kim loại Na, K đều tan trong nước
  • Với các kim loại khác: Chỉ muối đihiđrophotphat tan, còn lại đều không tan hoặc ít tan

1.2.2. Nhận biết ion photphat

  • Thuốc thử: Dung dịch AgNO3
  • Hiện tượng: Kết tủa màu vàng
  • Phương trình hóa học: 3Ag+ + PO4 3- → Ag3PO4 (màu vàng)

Video 2: Nhận biết ion photphat

Bài tập minh họa



Bài 1:

Chia dung dịch H3PO4 thành 3 phần bằng nhau:
Trung hoà phần một vừa đủ bởi 300ml dung dịch NaOH 1,5M.
Trộn phần hai với phần ba rồi cho tiếp vào một lượng dung dịch NaOH như đã dùng ở phần một, cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được m gam muối. Giá trị m là:

Hướng dẫn:

\(\\ P1 : n_{NaOH}.\frac{1}{3} = n_{H_{3}PO_{4}} = 0,15 \ mol \\ P2 + P3 : n_{H_{3}PO_{4}} = 0,3 \ mol \Rightarrow n_{NaOH} = 1,5n_{H_{3}PO_{4}}\)
⇒ Tạo muối: NaH2PO4: x mol và Na2HPO4: y mol
⇒ nNaOH = x + 2y = 0,45; x + y = 0,3
⇒ x = y = 0,15 mol
⇒ Muối gồm 0,15 mol NaH2PO4 và 0,15 mol Na2HPO4
⇒ m = 39,3g

Bài 2:

Cho sơ đồ phản ứng sau: Ca3(PO4)2 → P → P2O5 → H3PO4. Để điều chế được 5 lít H3PO4 2M cần dùng hết bao nhiêu kg quặng photphorit? Biết hiệu suất của cả quá trình là 80%, hàm lượng Ca3(PO4)2 trong quặng chiếm 95%.

Hướng dẫn:

Giả sử cần mg quặng ⇒ \(m_{Ca_{3}(PO_{4})_{2}}= 0,95m \ (g)\)
⇒ Thực tế chỉ có 0,8.0,95m = 0,76m (g) Ca3(PO4)2 phản ứng
Ca3(PO4)2 →     2H3PO4
310g                2.98g
0,76m(g)          980g
⇒ m = 2040g = 2,04 kg

Bài 3:

Cho H3PO4 tác dụng hết với dung dịch chứa m gam NaOH, sau phản ứng thu được dung dịch X có chứa 2,51m gam chất tan. Các chất tan trong dung dịch X là:

Hướng dẫn:

Các phản ứng có thể xảy ra:
(1) 3NaOH + H3PO4 → Na3PO4 + 3H2O
(2) 2NaOH + H3PO4 → Na2HPO4 + 2H2O
(3) NaOH + H3PO4 → NaH2PO4 + H2O
Ta thấy: \(n_{NaOH} = n_{H_{2}O} = 0,025m \ (mol)\)
Bảo toàn khối lượng: \(m_{H_{3}PO_{4}} + m_{NaOH}= m\)chất tan \(+ \ m_{H_{2}O}\)
\(\Rightarrow m_{H_{3}PO_{4}} = 1,61m \ (g) \Rightarrow n_{H_{3}PO_{4}} = 0,016m \ (mol)\)
\(\Rightarrow n_{NaOH}: n_{H_{3}PO_{4}} = 0,025m : 0,016m = 1,52 \ ( 1 < 1,52 < 2)\)
⇒ Xảy ra phản ứng (2) và (3)
Chất tan là Na2HPO4 và NaH2PO4