Bài 11: Axit photphoric và muối photphat

A. AXIT PHOTPHORIC

I. CẤU TẠO PHÂN TỬ

Axit photphoric H₃PO₄ có công thức cấu tạo:

Trong hợp chất H₃PO₄, photpho có số oxi hóa cao nhất là +5.

II. TÍNH CHẤT VẬT LÍ

Axit photphoric là chất tinh thể, trong suốt, nóng chảy ở 42,5^oC, rất háo nước nên dễ chảy rữa, tan tốt trong nước với bất kì tỉ lệ nào.

Axit photphoric thường dùng là dung dịch đặc, sánh, không màu, có nồng độ 85%.

III. TÍNH CHẤT HÓA HỌC

1. Axit H₃PO₄ là axit ba nấc, có độ mạnh trung bình, có tất cả những tính chất chung của axit. Trong dung dịch điện li yếu theo ba nấc (chủ yếu phân li theo nấc 1, nấc 2 kém hơn và nấc 3 rất yếu).

• Nấc 1:                                                H₃PO₄       ⇌      H⁺   +   H₂PO₄^-
• Nấc 2:                                                H₂PO₄^-     ⇌      H⁺   +   HPO₄^2-
• Nấc 3:                                                HPO₄^2-     ⇌      H⁺    +   PO₄^3-

Trong dung dịch axit photphoric sẽ gồm (không kể sự phân li của H₂O): H⁺, H₂PO₄^-, HPO₄^2-, PO₄^3-, và các phân tử H₃PO₄ không phân li.

2. Khi tác dụng với dung dịch kiềm, tùy theo lượng chất tác dụng mà axit photphoric tạo ra muối axit, hoặc muối trung hòa, hoặc hỗn hợp các muối đó.

Ví dụ:

H₃PO₄   +   NaOH  →  NaH₂PO₄  +  H₂O

H₃PO₄ + 2NaOH → Na₂HPO₄ + 2H₂O

H₃PO₄ + 3NaOH → Na₃PO₄ + 3H₂O

Để xác định cụ thể sản phẩm của phản ứng giữa axit photphoric và dung dịch kiềm, ta xét tỉ lệ T:

T = \(\dfrac{nOH^-}{nH_3PO_4}=\dfrac{nNaOH}{nH_3PO_4}\)

• T ≤ 1: Chỉ tạo muối của H₂PO₄^-.
• 1 < T < 2: Tạo 2 muối của H₂PO₄^- và HPO₄^2-.
• T = 2: Chỉ tạo muối HPO₄^2-.
• 2 < T < 3: Tạo 2 muối của HPO₄^2- và PO₄^3-.
• T ≥ 3: Chỉ tạo muối của PO₄^3-.

3. Khác với axit nitric, axit photphoric không có tính oxi hóa.

IV. ĐIỀU CHẾ

1. Trong phòng thí nghiệm

Axit photphoric được điều chế bằng cách dùng HNO₃ đặc oxi hóa photpho:

P  +  5HNO_{3 đặc}  \(\underrightarrow{t^o}\)   H₃PO₄  +  5NO₂   +  H₂O

2. Trong công nghiệp

Có 2 phương pháp để điều chế axit photphoric trong công nghiệp.

Phương pháp 1: Cho axit sunfuric đặc tác dụng với quặng photphoric hoặc apatit:

             Ca₃(PO₄)₂   +   3H₂SO_4 (đặc)  \(\underrightarrow{t^o}\)   3CaSO₄   +    2H₃PO₄

Axit H₃PO₄ tạo thành được tách khỏi kết tủa CaSO₄ bằng cách lọc, sau đó cô đặc. Axit H₃PO₄ sản xuất bằng phương pháp này thường không tính khiết nên để điều chế được H₃PO₄ có độ tinh khiết cao hơn người ta thực hiện theo phương pháp sau:

Phương pháp 2: Đốt cháy photpho để thu được P₂O₅, sau đó đem P₂O₅ thu được đi tác dụng với nước.

                   4P  +  5O₂   \(\underrightarrow{t^o}\)  2P₂O₅                  

P₂O₅   +   3H₂O   →    2H₃PO₄

V. ỨNG DỤNG

Một lượng lớn axit photphoric sản xuất ra được dùng để điều chế các muối photphat và để sản xuất phân lân, hợp chất cơ photpho (làm thuốc trừ sâu), H₃PO₄ tinh khiết được dùng trong công nghiệp dược phẩm.

B. MUỐI PHOTPHAT

Khái niệm: Muối photphat là muối của axit photphoric.

Axit photphoric tác dụng với dung dịch kiềm tạo ra ba loại muối:

• Muối đihiđrophotphat:  NaH₂PO₄, NH₄H₂PO₄, Ba(H₂PO₄)₂...
• Muối hiđrophotphat:  K₂HPO₄, CaHPO₄, Al₂(HPO₄)₃,...
• Muối photphat trung hòa:  Na₃PO₄, (NH₄)₃PO₄, Ca₃(PO₄)₂,...

I. TÍNH TAN

• Tất cả các muối đihiđrophotphat đều tan trong nước.
• Các muối trung hòa và muối hidrophotphat của kim loại natri, kali, amoni tan được trong nước, còn lại đều không tan hoặc ít tan trong nước.​

II.NHẬN BIẾT ION PHOTPHAT 

Thuốc thử để nhận biết ion PO₄^3- trong dung dịch muối photphat là bạc nitrat. Ion Ag⁺ phân li ra từ AgNO₃ trong dung dịch sẽ kết hợp với ion PO₄^3- tạo thành kết tủa Ag₃PO₄ màu vàng. Kết tủa này không tan trong nước nhưng tan trong dung dịch axit nitric loãng.

3Ag⁺    +    PO₄^3-  →  Ag₃PO₄↓

Trong quá trình học tập, nếu có bất kỳ thắc mắc nào, các em hãy để lại câu hỏi ở mục hỏi đáp để cùng thảo luận và trả lời nhé. Chúc các em học tốt!