Bài 11. Axit photphoric và muối photphat
A. Axit photphoric
Axit photphoric ($H_3PO_4$) có công thức cấu tạo như sau:
Trong hợp chất $H_3PO_4$, photpho có số oxi hóa cao nhất là +5.
Axit photphoric là chất tinh thể trong suốt, nóng chảy ở 42,5oC, rất háo nước nên dễ chảy rữa, tan trong nước theo bất kì tỉ lệ nào.
Axit photphoric là dung dịch đặc, sánh, không màu, có nồng độ 85%.
- Axit photphoric là axit ba nấc, có độ mạnh trung bình, có tất cả những tính chất chung của axit. Trong dung dịch nước, nó phân li theo từng nấc:
- Nấc 1: ${H_3}P{O_4} \rightleftarrows {H^ + }{\text{ }} + {\text{ }}{H_2}PO_4^ - $
- Nấc 2: ${H_2}PO_4^ - \rightleftarrows {H^ + }{\text{ }} + {\text{ }}HPO_4^{2 - }$
- Nấc 3: $HPO_4^{2 - } \rightleftarrows {H^ + }{\text{ }} + {\text{ }}PO_4^{3 - }$
Sự phân li chủ yếu xảy ra theo nấc 1, nấc 2 kém hơn và nấc 3 rất yếu. Như vậy, trong dung dịch axit photphoric có các ion $H^+$, $H_2PO_4^-$, $HPO_4^{2-}$, $PO_4^{3-}$ và các phân tử $H_3PO_4$ không phân li (không kể các ion $H^+$ và $OH^-$ do nước phân li ra).
- 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.
- Axit photphoric không có tính oxi hóa.
Dùng axit nitric đặc oxi hóa photpho:
2. Trong công nghiệp
Cho axit sunfuric đặc tác dụng với quặng photphorit hoặc quặng apatit:
$C{a_3}{(P{O_4})_2} + {\text{ }}3{H_2}S{O_4}\left( {đặc} \right){\text{ }}\xrightarrow{{{t^o}}}2{H_3}P{O_4} + {\text{ }}3CaS{O_4} \downarrow $
Axit $H_3PO_4$ tạo thành được tách khỏi kết tủa $CaSO_4$ bằng cách lọc, sau đó được cô đặc nhưng axit $H_3PO_4$ thu được không tinh khiết.
Để sản xuất axit $H_3PO_4$ có độ tinh khiết và nồng độ cao hơn, người ta đốt cháy photpho để thu $P_2O_5$, rồi cho $P_2O_5$ tác dụng với nước:
$4P{\text{ }} + {\text{ }}5{O_2}\xrightarrow{{{t^o}}}2{P_2}{O_5}$
${P_2}{O_5} + {\text{ }}3{H_2}O \to 2{H_3}P{O_4}$
- Axit $H_3PO_4$ loại kĩ thuật được dùng để điều chế muối photphat và để sản xuất phân lân, hợp chất cơ photpho (làm thuốc trừ sâu),...
- $H_3PO_4$ tinh khiết được dùng trong công nghiệp dược phẩm.
Muối photphat là muối của axit photphoric.
Axit photphoric tác dụng với dung dịch kiềm, tạo ra ba loại muối:
- Muối đihiđrophotphat: $NaH_2PO_4$, $NH_4H_2PO_4$, $Ca(H_2PO_4)_2$, ...
- Muối hiđrophotphat: $Na_2HPO_4$, $(NH_4)_2HPO_4$, $CaHPO_4$, ...
- Muối photphat trung hòa: $Na_3PO_4$, $(NH_4)_3PO_4$, $Ca_3(PO_4)_2$, ...
Các muối trung hòa và muối axit của kim loại natri, kali và amoni đều tan trong nước. Với các kim loại khác, chỉ có muối đihiđrophotphat là tan được, ngoài ra đều không tan hoặc ít tan trong nước.
Thuốc thử để nhận biết ion $PO_4^{3 - }$ trong dung dịch muối photphat là bạc nitrat cho kết tủa màu vàng (tan trong dung dịch axit nitric loãng) với phương trình ion rút gọn sau:
$3A{g^ + }{\text{ }} + {\text{ }}PO_4^{3 - } \to {\text{ }}A{g_3}P{O_4} \downarrow $
(màu vàng)
