H3PO4 là chất gì? Tính chất hóa học của H3PO4 và bài tập vận dụng

 Tổng hợp "Tính chất hóa học của H₃PO₄ và bài tập về Axit Photphoric" đầy đủ và chi tiết nhất giúp các em học tập và ôn luyện đạt kết quả cao.

1. H3PO4 là chất gì

- H3PO4 là tên gọi của Axit Photphoric hay acid phosphoric nó là một axit yếu thường được gặp dưới dạng sirô không màu, không mùi, khó bay hơi.

- Dạng thô của axit này được chiết xuất từ ​​đá phốt phát, trong khi dạng tinh khiết hơn được sản xuất công nghiệp từ phốt pho trắng.

- Acid phosphoric tinh khiết thường ở trạng thái rắn kết tinh và ở dạng ít cô đặc.

2. Tính chất vật lí của H3PO4

- Tinh thể trong suốt, nóng chảy ở 42,5^∘C.

- 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%.

3. Tính chất hóa học của H₃PO₄

a. H₃PO₄ Là axit trung bình

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

H₃PO₄ ↔ H⁺ + H₂PO₄^-

H₂PO₄^- ↔ H⁺ + HPO₄₂^-

HPO₄₂^- ↔ H⁺ + PO₄₃^-

- 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.

4. Điều chế Axit photphoric (H3PO4)

- Nếu cần một lượng ít hay trong phòng thí nghiệm, axit photphoric được điều chế bằng cách dùng HNO₃ đặc oxi hóa photpho ở nhiệt độ cao:

P + 5HNO₃ → H₃PO₄ + 5NO₂ + H₂O

- Trong công nghiệp, Axit photphoric được sản xuất công nghiệp theo 2 phương pháp: quá trình nhiệt (phương pháp khô) và quá trình ẩm ướt (phương pháp trích ly), trong đó bao gồm hai tiểu phương pháp. Quá trình ướt chiếm ưu thế trong lĩnh vực thương mại. Các quá trình nhiệt đắt hơn sản xuất một sản phẩm tinh khiết được sử dụng cho các ứng dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm

5. Quy trình sản xuất H3PO4 trong công nghiệp

 - Quy trình ướt 

+ Axit Photphoric được sản xuất từ ​​fluorapatite hay còn gọi là đá phốt phát Ca₃(PO₄)₂ bằng cách thêm H₂SO₄ đậm đặc (93%) vào trong một loạt các lò phản ứng được khuấy trộn. Quá trình này diễn ra thu được H₃PO₄ và canxi sunfat CaSO₄ cộng với các tạp chất không hòa tan khác.

Ca₅(PO₄)₃X + 5H₂SO₄ → 5CaSO₄ + 3H₃PO₄ + HX

3H₂SO₄ + Ca₃(PO₄)₂ → 3CaSO₄ + 2H₃PO₄

+ Axit thu được từ quá trình ướt không tinh khiết nhưng có thể sử được mà không cần tinh chế thêm, Sản phẩm này dùng để sản xuất phân bón.

- Quy trình gia nhiệt 

+ Phương pháp nhiệt thường tạo ra một sản phẩm đậm đặc và tinh khiết hơn, nhưng lại tốn nhiều năng lượng.

+ Nguyên liệu để sản xuất axit trong quy trình này là Photpho và không khí. Ban đầu photpho được phun vào lò và bị đốt cháy trong không khí vào khoảng 1527-2726 ^oC thu được diphotpho pentaoxit.

P₄ + 5O₂ → 2P₂O₅

P₂O₅ + 3H₂O → 2H₃PO₄

+ Sau đó hòa thêm nước ta thu được Axit Photphoric, sản phẩm của quá trình này rất tinh khiết do hầu hết các tập chất đã được loại bỏ khi đốt phosphor trong lò điện.

6. Ứng dụng Axit photphoric 

- Axit photphoric được sử dụng như chất tẩm gỗ chống cháy, chất chống ăn mòn kim loại. Nguyên liệu sản xuất thuỷ tinh gạch men, xử lý nước, xi mạ, sản xuất chất giặt tẩy

- Dùng làm chất bảo quản do làm chậm sự phát triển của nấm mốc và vi khuẩn trong công thức đường

- Làm phụ gia thực phẩm đối với các loại thực phẩm như mứt, thịt chế biến phomai. Trong quy trình sản xuất nước giải khát, axit photphoric được sử dụng làm chất kiểm tra sự hình thành nấm và vi khuẩn. Nó cũng làm tăng thêm hương vị như tạo ra vị chát trong nước giải khát coca.

- Dược phẩm và mỹ phẩm: Axit photphoric được sử dụng là trong dược phẩm chủ yếu là nha khoa. Nó được sử dụng như một giải pháp khắc phục và thường được sử dụng để làm sạch răng ở một nồng độ thích hợp (<35%).Ngoài ra nó còn được sử dụng trong thuốc chống buồn nôn. Trong mỹ phẩm, Axit Photphoric có trong các sản phẩm làm sạch, sản phẩm tắm, nước hoa, sản phẩm chăm sóc tóc và thuốc nhuộm, sản phẩm làm móng, trang điểm và các sản phẩm chăm sóc da khác. Nó được biết đến là chất kiểm soát nồng độ pH.

- Loại bỏ rỉ sét: Trong số các loại axit khác nhau, Axit photphoric được sử dụng phổ biến trong việc loại bỏ rỉ sét từ các kim loại như sắt, thép… Thông thường, khi axit này được sử dụng sẽ phản ứng với rỉ sét và chuyển đổi sắt có màu nâu đỏ thường là oxit sắt đến một hợp chất có màu đen mà bây giờ là ferric phosphate. Chất sắt ferric đen này dễ dàng loại bỏ.

7. Bài tập về Axit Photphoric

Bài 1: 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

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 + 3CO₃₂^- → 2PO₄₃^- + 3H₂O + CO₂↑ 

Bài 2:  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?

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 + 33H₂O

Fe₂O₃ + 6HNO₃ → 2Fe(NO₃)₃ + 33H₂O

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

2HNO₃ + CaCO₃ → Ca(NO₃)₂ + 3H₂O + CO₂↑

2H₃PO₄ + 3Na₂SO₃ → 2Na₃PO₄ + 33H₂O + 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 → 3 Fe(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: Phương trình điện li tổng cộng của H₃PO₄ trong dung dịch là:

H₃PO₄ ⇆ 3H⁺ + PO₄₃^-

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 PO₄₃^- tăng lên.

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: Thực hiện các yêu cầu sau:

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

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:  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?

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.