Bài 11: Axit photphoric và muối photphat

1.1. Cấu tạo phân tử

Hình 1: Cấu tạo phân tử H₃PO₄

- Photpho có số oxi hóa là +5

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%.

1.3. Tính chất hóa học

1.3.1. Tính axít

- Trong nước H₃PO₄ phân li theo 3 nấc:

H₃PO₄   ⇔  H⁺ + H₂PO₄^-

H₂PO₄^-  ⇔ H⁺ + HPO₄^2-

HPO₄^2- ⇔ H⁺ + PO₄^3-

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

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 \( \le \) 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)

1.3.3. 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 PO₄^3- rất bền vững.

- H₃PO₄ là axít 3 nấc có độ mạnh trung bình và không có tính oxi hoá.

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:

4P + 5O₂ → 2P₂O₅

P₂O₅ + 3 H₂O → 2 H₃PO₄

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

1.5. Ứng dụng

- Điều chế muối photphat

- Sản xuất phân lân, thuốc trừ sâu

- Dược phẩm

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

2.2. Nhận biết ion photphat

- Thuốc thử: Dung dịch AgNO₃

- Hiện tượng: Kết tủa màu vàng

- Phươ ng trình hóa học: 3Ag⁺ + PO₄ ^3- → Ag₃PO₄ (màu vàng)

Video 2: Nhận biết ion photphat

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: 1/3.nNaOH = nH₃PO₄ = 0,15 mol

P2 + P3: nH₃PO₄ = 0,3 mol

→ nNaOH = 1,5.nH₃PO₄

⇒ Tạo muối: NaH₂PO₄: x mol và Na₂HPO₄: y mol

⇒ n_NaOH = 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

⇒ mCa₃(PO₄)₂ = 0,95m gam

⇒ 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: nNaOH = nH₂O = 0,025m mol

Bảo toàn khối lượng:

mH₃PO₄ + mNaOH = m chất tan + mH₂O

→ mH₃PO₄ = 1,62m gam⇒ nH3PO4 = 0,016m mol

→ nNaOH : nH₃PO₄ = 0,025m : 0,016m = 1,52 (1 < 1,52 < 2)

⇒ Xảy ra phản ứng (2) và (3)

Chất tan là Na₂HPO₄ và NaH₂PO₄

1.1. Cấu tạo phân tử

Hình 1: Cấu tạo phân tử H₃PO₄

- Photpho có số oxi hóa là +5

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%.

1.3. Tính chất hóa học

1.3.1. Tính axít

- Trong nước H₃PO₄ phân li theo 3 nấc:

H₃PO₄   ⇔  H⁺ + H₂PO₄^-

H₂PO₄^-  ⇔ H⁺ + HPO₄^2-

HPO₄^2- ⇔ H⁺ + PO₄^3-

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

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 \( \le \) 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)

1.3.3. 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 PO₄^3- rất bền vững.

- H₃PO₄ là axít 3 nấc có độ mạnh trung bình và không có tính oxi hoá.

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:

4P + 5O₂ → 2P₂O₅

P₂O₅ + 3 H₂O → 2 H₃PO₄

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

1.5. Ứng dụng

- Điều chế muối photphat

- Sản xuất phân lân, thuốc trừ sâu

- Dược phẩm

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

2.2. Nhận biết ion photphat

- Thuốc thử: Dung dịch AgNO₃

- Hiện tượng: Kết tủa màu vàng

- Phươ ng trình hóa học: 3Ag⁺ + PO₄ ^3- → Ag₃PO₄ (màu vàng)

Video 2: Nhận biết ion photphat

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: 1/3.nNaOH = nH₃PO₄ = 0,15 mol

P2 + P3: nH₃PO₄ = 0,3 mol

→ nNaOH = 1,5.nH₃PO₄

⇒ Tạo muối: NaH₂PO₄: x mol và Na₂HPO₄: y mol

⇒ n_NaOH = 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

⇒ mCa₃(PO₄)₂ = 0,95m gam

⇒ 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: nNaOH = nH₂O = 0,025m mol

Bảo toàn khối lượng:

mH₃PO₄ + mNaOH = m chất tan + mH₂O

→ mH₃PO₄ = 1,62m gam⇒ nH3PO4 = 0,016m mol

→ nNaOH : nH₃PO₄ = 0,025m : 0,016m = 1,52 (1 < 1,52 < 2)

⇒ Xảy ra phản ứng (2) và (3)

Chất tan là Na₂HPO₄ và NaH₂PO₄