Lý thuyết, bài tập về axit photphoric và muối photphat

Tổng hợp Lý thuyết, bài tập về axit photphoric và muối photphat. Hướng dẫn cách giải bài tập về axit photphoric và muối photphat hay nhất.

I. Axit photphoric

1. Tính chất vật lý

    Axit photphoric là chất tinh thể, trong suốt, không màu, rất háo nước, tan tốt trong nước.

2. Tính chất hóa học

a. Là axit trung bình

- Trong dung dịch H₃PO₄ phân li thuận nghịch theo 3 nấc:

H₃PO₄ ↔ H⁺ + H₂PO₄^-

H₂PO₄^- ↔ H⁺ + HPO₄^2-

HPO₄^2- ↔ H⁺ + PO₄^3-

- Làm quỳ tím chuyển thành màu đỏ.

- Tác dụng với oxit bazơ → muối + H₂O                  

2H₃PO₄ + 3Na₂O → 2Na₃PO₄ + 3H₂O

- Tác dụng với bazơ → muối + H₂O (tùy theo tỉ lệ phản ứng có thể tạo thành các muối khác nhau).

KOH + H₃PO₄ → KH₂PO₄ + H₂O

2KOH + H₃PO₄ → K₂HPO₄ + 2H₂O

3KOH + H₃PO₄ → K₃PO₄ + 3H₂O

- Tác dụng với kim loại đứng trước H₂ → muối + H₂

2H₃PO₄ + 3Mg → Mg₃(PO₄)₂ + 3H₂

- Tác dụng với muối → muối mới + axit mới                        

H₃PO₄ + 3AgNO₃ → 3HNO₃ + Ag₃PO₄

b. Tính oxi hóa - khử

     Trong H₃PO₄, P có mức oxi hóa +5 là mức oxi hóa cao nhất nhưng H₃PO₄ không có tính oxi hóa như HNO₃ vì nguyên tử P có bán kính lớn hơn so với bán kính của N → mật độ điện dương trên P nhỏ → khả năng nhận e kém.

c. Các phản ứng do tác dụng của nhiệt

2H₃PO₄ → H₄P₂O₇ + H₂O (200 – 250⁰C)

                          Axit điphotphoric

H₄P₂O₇ → 2HPO₃ + H₂O (400 – 500⁰C)

                       Axit metaphotphoric

Chú ý: Axit photphorơ H₃PO₃ là axit 2 lần axit.

 3. Điều chế 

a. Trong phòng thí nghiệm

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

b. Trong công nghiệp

điều chế từ quặng photphorit hoặc quặng apatit và axit H₂SO₄:

Để điều chế H₃PO₄ có độ tinh khiết và nồng độ cao hơn, người ta đốt cháy photpho để được P₂O₅, rồi cho P₂O₅ tác dụng với nước.

4. Ứng dụng

   Một lượng lớn axit photphoric sản xuất ra được dùng để điều chế các muối photphat và để sản xuẩt phân lân.

II. Muối photphat là muối của axit photphoric.

1. Khái niệm và tính chất vật lí

  Axit photphoric tạo ra ba loại muối: muối photphat trung hòa và hai muối photphat axit.

  Tất cả các muối đihiđrophotphat đều tan trong nước.

2. Tính chất hóa học

   Các muối hiđrophotphat và photphat trung hòa chỉ có muối natri, kali, amoni là dễ tan, còn muối của các kim loại khác đều không tan hoặc ít tan trong nước.

Các muối photphat tan bị thủy phân cho môi trường kiềm:

PO₄^3- + H₂O ⇔ HPO₄^2- + OH^-

Nhận biết ion PO₄^3- trong dung dịch muối photphat là bạc nitrat.

3Ag⁺ + PO₄^3- → Ag₃PO₄ ↓ (màu vàng)

III. Các dạng bài tập về axit photphoric và muối photphat

Dạng 1​: Lý thuyết về axit phophoric và muối photphat
* Một số lưu ý cần nhớ:

- Axit photphoric:  + Là chất rắn ở dạng tinh thể trong suốt, không màu, tan vô hạn trong nước + Thể hiện tính axit khi tham gia phản ứng hóa học + Người ta điều chế H3​PO4​ bằng cách cho P tác dụng với HNO3​ (trong PTN) hoặc cho H2​SO4​ đặc tác dụng với quặng phophorit hoặc quặng apatit (trong CN) - Muối photphat:  + Tính tan: Tất cả các muối dihidrophotphat đều tan trong nước. Các muối hidrophotphat, photphat đều không tan hoặc ít tan trong nước trừ muối natri, kali và amoni + Nhận biết ion photphat bằng thuốc thử là bạc nitrat 3Ag+​   +   PO4​3-​  → Ag3​PO4​ ↓ (màu vàng)

Ví dụ : Thuốc thử để nhận biết các dung dịch : HCl, NaCl, Na₃​PO₄​, H₃​PO₄​ là
A. BaCl₂​ và quỳ tím.
B. AgNO₃​ và quỳ tím.
C. H_2​SO₄​ và quỳ tím.
D. Quỳ tím.
Hướng dẫn giải chi tiết:
Dùng dung dịch AgNO₃​ và quỳ tím

	HCl	NaCl	Na3​PO4​	H3​PO4​
Quỳ tím	Chuyển đỏ	Không đổi màu	Chuyển xanh	Chuyển đỏ
Dung dịch AgNO3​	↓ trắng			↓ vàng

Đáp án B

Dạng 2​: Bài toán H₃​PO₄​ tác dụng với dung dịch kiềm
* Một số lưu ý cần nhớ:

Khi cho H3​PO4​ vào dung dịch kiềm, ta có phương trình ion: H3​PO4​ + OH- ​→ H2​PO4​-​ + H2​O H3​PO4​ + 2OH-​ → HPO4​2-​ + 2H2​O H3​PO4​ + 3OH-​ → PO4​3-​ + 3 H2​O  ta cần xét giá trị T = n OH-​ / n H3​PO4​. Các trường hợp có thể xảy ra là: Giá trị của T Chất thu được sau phản ứng T = 1 H2​PO4​-​ T = 2 HPO4​2-​ T = 3 PO4​3-​ T < 1 H2​PO4​-​và H3​PO4​ dư T > 3 PO4​3-​ và NaOH dư 1 < T < 2 H2​PO4​-​và HPO4​2-​ 2 < T < 3 PO4​3-​và HPO4​2-​

Ví dụ : Cho 200 ml dung dịch H₃​PO₄​ 0,3M vào 500 ml dung dịch Ba(OH)₂​ 0,16M. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn. Khối lượng muối có phân tử khối bé hơn là
Hướng dẫn giải chi tiết:

Ta thấy 2 < 2,67
BT nguyên tố P:

Từ (1) và (2) => x = 0,02 mol; y = 0,04 mol
Ta có:

Dạng 3​: Bài toán về điều chế axit photphoric
Ví dụ : Từ quặng photphorit, có thể điều chế axit photphoric theo sơ đồ sau :

Biết hiệu suất chung của quá trình là 90%. Để điều chế được 1 tấn dung dịch H_3​PO₄​ 49%, cần khối lượng quặng photphorit chứa 73% Ca₃​(PO₄​)₂​ là
Hướng dẫn giải chi tiết:
m_H3PO4​ = 1.49 / 100 = 0,49 tấn
Ca₃​(PO₄​)₂​ → 2H₃​PO₄​
310                196
0,775 tấn    ←   0,49 tấn
=> m_Ca3(PO4)2 thực tế dùng​ = 0,775.100 / 90 = 31/36 tấn
=> m_quặng​ = 31/36.100/73 = 1,18 tấn

IV. GIẢI BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA

Bài 1 (trang 53 SGK Hóa học 11): 

Viết phương trình hoá học dạng phân tử và dạng ion rút gọn của phản ứng giữa axit photphoric với lượng dư của:

a. BaO ;    b. Ca(OH)₂ ;     c. K₂CO₃

Hướng dẫn giải:

Các chất lấy dư nên muối tạo ra là muối trung hoà:

a.     2H₃PO₄ + 3BaO → Ba₃(PO₄)₂ + 3H₂O

   Phương trình phân tử trùng với phương trình ion thu gọn

b.     2H₃PO₄ + 3Ca(OH)₂ → Ca₃(PO₄)₂ + 6H₂O

   2H₃PO₄ + 3Ca₂⁺ + 6OH^– → Ca₃(PO₄)₂ + 6H₂O

c.     2H₃PO₄ + 3K₂CO₃ → 2K₃PO₄ + 3H₂O + 3CO₂↑

   2H₃PO₄ + 3CO₃^2- → 2PO₄^3- + 3H₂O + CO₂↑

Bài 2 (trang 53 SGK Hóa học 11): 

   Nêu những điểm giống nhau và khác nhau về tính chất hoá học giữa axit nitric và axit photphoric. Dẫn ra những phản ứng hoá học để minh hoạ?

Hướng dẫn giải:

– Những tính chất chung: Đều có tính axit

   + Chuyển màu chất chỉ thị: Quỳ tím chuyển thành màu hồng

   + Tác dụng với bazơ, oxit bazơ không có tính khử (các nguyên tố có số oxi hoá cao nhất):

3NaOH + H₃PO₄ → Na₃PO₄ + 3H₂O

Fe₂O₃ + 6HNO₃ → 2Fe(NO₃)₃ + 3H₂O

   + Tác dụng với một số muối của axit yếu và không có tính khử:

2HNO₃ + CaCO₃ → Ca(NO₃)₂ + H₂O + CO₂↑

2H₃PO₄ + 3Na₂SO₃ → 2Na₃PO₄ + 3H₂O + 3SO₂↑

– Những tính chất khác nhau:

HNO3	H3PO4
– Axit HNO3 là axit mạnh HNO3 → H+ + NO3–     – Axit HNO3 có tính oxi hoá mạnh Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O   3FeO + 10HNO3 → 3Fe(NO3)3 + NO + 5H2O	– Axit H3PO4 là một triaxit trung bình H3PO4 ⇆ H+ + H2PO4– H2PO4– ⇆ H+ + HPO42- HPO42- ⇆ H+ + PO43- – Axit H3PO4 không có tính oxi hoá. 3Fe + 2H3PO4 → Fe3(PO4)2 + 3H2 S + H3PO4 → không phản ứng 3FeO +2H3PO4 → Fe3(PO4)2 + 3H2O

Bài 3 (trang 54 SGK Hóa học 11): 

Phương trình điện li tổng cộng của H₃PO₄ trong dung dịch là:

H₃PO₄ ⇆ 3H⁺ + PO₄^3-

Khi thêm HCl vào dung dịch:

A. Cân bằng trên chuyển dịch theo chiều thuận.

B. Cân bằng trên chuyển dịch theo chiều nghịch.

C. Cân bằng trên không bị dịch chuyển.

D. Nồng độ PO₄^3- tăng lên.

Hướng dẫn giải:

Chọn B.

Khi thêm HCl vào làm tăng nồng độ H⁺ trong dung dịch. Theo nguyên lí chuyển dịch cân bằng, cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm nồng độ H⁺

⇒ Cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch.

Bài 4 (trang 54 SGK Hóa học 11): 

a) Lập các phương trình hóa học sau đây:

a. H₃PO₄ + K₂HPO₄ →

      1 mol      1mol

b. H₃PO₄ + NaOH →

      1 mol      1mol

c. H₃PO₄ + Ca(OH)₂ →

      2mol      1mol

d. H₃PO₄ + Ca(OH)₂ →

      2mol      3mol

Hướng dẫn giải:

a. H₃PO₄ + K₂HPO₄ → 2KH₂PO₄

b. H₃PO₄ + Ca(OH)₂ → CaHPO₄ + 2H₂O

c. 2H₃PO₄ + Ca(OH)₂ → Ca(H₂PO₄)₂ + 2H₂O

d. 2H₃PO₄ + 3Ca(OH)₂ → Ca₃(PO₄)₂ + 6H₂O

Bài 5 (trang 54 SGK Hóa học 11): 

    Để thu được muối photphat trung hoà, cần lấy bao nhiêu ml dung dịch NaOH 1,00M cho tác dụng với 50,0ml H₃PO₄ 0,50M?

Hướng dẫn giải:

Ta có: n_H3PO4 = 0,05.0,5 = 0,025(mol)

Phương trình phản ứng:

   H₃PO₄ + 3NaOH → Na₃PO₄ + 3H₂O

0,025 ® 0,075 (mol)

V_NaOH = 0,075/1 = 0,075 lít = 75 ml.