Bài 11: Axit photphoric và muối photphat


1. Axit photphoric

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

1.2. 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:

H3PO ⇔  H+ + H2PO4-

H2PO4-  ⇔ H+ + HPO42-

HPO42- ⇔ H+ + PO43-

- 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 PO43- 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. Muối photphat

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

- Phương 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

⇒ 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

⇒ 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. Axit photphoric

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

1.2. 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:

H3PO ⇔  H+ + H2PO4-

H2PO4-  ⇔ H+ + HPO42-

HPO42- ⇔ H+ + PO43-

- 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 PO43- 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. Muối photphat

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

- Phương 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

⇒ 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

⇒ 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

Bài học tiếp theo

Bài 12: Phân bón hóa học
Bài 13: Luyện tập Tính chất của nitơ, photpho và các hợp chất của chúng
Bài 14: Bài thực hành 2 Tính chất của một số hợp chất nitơ, photpho

Bài học bổ sung