Фосфорная кислота и натрий уравнение

Фосфорная кислота: получение и свойства

Строение молекулы и физические свойства

Фосфор в степени окисления +5 образует несколько кислот: орто-фосфорную H₃PO₄, мета-фосфорную HPO₃, пиро-фосфорную H₄P₂O₇.

Фосфорная кислота H₃PO₄ – это кислота средней силы, трехосновная, прочная и нелетучая. При обычных условиях фосфорная кислота – твердое вещество, хорошо растворимое в воде и гигроскопичное.

Валентность фосфора в фосфорной кислоте равна V.

При температуре выше +213 °C орто-фосфорная кислота переходит в пирофосфорную H₄P₂O₇.

При взаимодействии высшего оксида фосфора с водой на холоде образуется метафосфорная кислота HPO₃, представляющая собой прозрачную стекловидную массу.

Способы получения

Наибольшее практическое значение из фосфорных кислот имеет ортофосфорная кислота.

1. Получить орто-фосфорную кислоту можно взаимодействием оксида фосфора (V) с водой:

2. Еще один способ получения фосфорной кислоты — вытеснение фосфорной кислоты из солей (фосфатов, гидрофосфатов и дигидрофосфатов) под действием более сильных кислот (серной, азотной, соляной и др.) .

Промышленный способ получения фосфорной кислоты обработка фосфорита концентрированной серной кислотой:

3. Фосфорную кислоту также можно получить жестким окислением соединений фосфора в водном растворе в присутствии кислот.

Например , концентрированная азотная кислота окисляет фосфор до фосфорной кислоты:

Химические свойства

Фосфорная кислота – это кислота средней силы (по второй и третьей ступени слабая) .

1. Фосфорная кислота частично и ступенчато диссоциирует в водном растворе.

HPO₄ 2– ⇄ H + + PO₄ 3–

2. Фосфорная кислота реагирует с основными оксидами, основаниями, амфотерными оксидами и амфотерными гидроксидами.

Например , фосфорная кислота взаимодействует с оксидом магния:

Еще пример : при взаимодействии фосфорной кислоты с гидроксидом калия образуются фосфаты, гидрофосфаты или дигидрофосфаты:

3. Фосфорная кислота вытесняет более слабые кислоты из их солей (карбонатов, сульфидов и др.). Также фосфорная кислота вступает в обменные реакции с солями.

Например , фосфорная кислота взаимодействует с гидрокарбонатом натрия:

4. При нагревании H₃PO₄ до 200°С происходит отщепление от нее молекулы воды с образованием пирофосфорной кислоты H₂P₂O₇:

5. Фосфорная кислота взаимодействует с металлами, которые расположены в ряду активности металлов до водорода. При этом образуются соль и водород.

Например , фосфорная кислота реагирует с магнием:

Фосфорная кислота взаимодействует также с аммиаком с образованием солей аммония:

7. Качественная реакция на фосфат-ионы и фосфорную кислоту — взаимодействие с нитратом серебра. При этом образуется ярко-желтый осадок фосфата серебра:

Видеоопыт взаимодействия фосфата натрия и нитрата серебра в растворе (качественная реакция на фосфат-ион) можно посмотреть здесь.

Оксиды фосфора. Фосфорная кислота

Фосфор образует очень большое число различных оксидов и кислот. Среди них наиболее устойчивыми являются оксид фосфора (V) и соответствующая ему ортофосфорная, или фосфорная, кислота Н₃РО₄.

Оксид фосфора (V), или фосфорный ангидрид Р₂О₅ – белый порошок, без запаха. По своему характеру является типичным кислотным оксидом. При растворении в воде гидратируется с образованием следующих кислот:

Как кислотный оксид Р₂О₅ взаимодействует с основаниями и основными оксидами, например:

При взаимодействии Р₂О₅ со щелочами в зависимости от соотношения реагентов могут образовываться не только средние, но и кислые соли:

Хотя в Р₂О₅ фосфор имеет высшую степень окисления +5, оксид фосфора (V) не проявляет сколько-нибудь выраженных окислительных свойств, так как эта степень окисления для фосфора очень устойчива.

Оксид фосфора (V) является прекрасным водопоглощающим и водоотнимающим средством. На этом основано его использование в эксикаторах (сосудах для высушивания веществ), при проведении реакций дегидратации и т.д.

Фосфорная кислота

Фосфорная (ортофосфорная) кислота Н₃РО₄ – бесцветное кристаллическое вещество, плавящееся при температуре 42 о С, очень хорошо растворимое в воде. Фосфорная кислота является трёхосновной кислотой средней силы.

В лаборатории её получают окислением фосфора разбавленной азотной кислотой.

В промышленности Н₃РО₄ получают экстракционным методом, обрабатывая природные фосфаты серной кислотой:

а также термическим методом, восстанавливая природные фосфаты до свободного фосфора, который затем сжигают и образующийся при этом Р₂О₅ растворяют в воде.

Фосфорная кислота обладает всеми общими свойствами кислот, но она значительно слабее таких кислородсодержащих кислот, как серная и азотная. В отличие от этих кислот фосфорная кислота не обладает даже значительными окислительными свойствами, несмотря на устойчивость степени окисления +5.

Применение фосфорной кислоты

Помимо производства удобрений, фосфорную кислоту используют при изготовлении реактивов, многих органических веществ, для получения катализаторов, для создания защитных покрытий на металлах, в фармацевтической промышленности и т.д.

Соли фосфорной кислоты

Как трёхосновная кислота Н₃РО₄ образует три ряда солей: средние (нормальные) соли – фосфаты; кислые соли – гидрофосфаты и дигидрофосфаты.

Например, при нейтрализации фосфорной кислоты гидроксидом натрия в зависимости от молярного соотношения кислоты и щёлочи могут идти следующие реакции:

Большинство средних солей – фосфатов – нерастворимо в воде. Исключением являются лишь фосфаты щелочных металлов и аммония. Многие же кислые соли фосфорной кислоты, хорошо растворяются в воде, причем наиболее растворимыми являются дигидрофосфаты.

Фосфорные удобрения

Фосфор, как и азот, является одним из тех элементов, который необходим для питания растений. Поэтому наряду с азотными в сельском хозяйстве широко используются фосфорные удобрения. В качестве удобрения можно использовать только водорастворимые соединения. В связи с этим основная задача при производстве фосфорных удобрений — превращение нерастворимого фосфата кальция (основа фосфоритов и апатитов) в растворимые кислые фосфаты.

Важнейшее фосфорное минеральное удобрение – суперфосфат (или простой суперфосфат), который получают обработкой природных фосфоритов серной кислотой:

Образующаяся смесь содержит дигидрофосфат кальция, который хорошо растворим в воде, и сульфат кальция, который не имеет практического значения.

Для получения двойного суперфосфата из природного фосфорита выделяют сначала фосфорную кислоту по реакции:

Затем полученной кислотой обрабатывают новую порцию фосфорита:

Иногда фосфорную кислоту нейтрализуют гидроксидом кальция, при этом получается так называемый преципитат, который тоже является хорошим удобрением:

СаНРО₄ плохо растворяется в воде, но достаточно хорошо растворим при внесении его в кислые почвы.

Аммофос

В последнее время широкое распространение получили сложные удобрения, содержащие несколько необходимых растениям элементов.

Важнейшим из них является аммофос, который содержит азот и фосфор и образуется при взаимодействии аммиака и фосфорной кислоты:

Смесь аммофоса с калийной селитрой KNO₃ называется аммофоской. Это удобрение содержит все наиболее необходимые растениям питательные элементы – азот, фосфор и калий.

*на изображении записи минерал апатит

Похожее

Добавить комментарий Отменить ответ

Репетитор по химии. Занятия проходят онлайн по Скайпу. По всем вопросам пишите в Ватсапп: +7 928 285 70 42

Соли фосфорной кислоты H₃PO₄

H₃PO₄ образует три ряда солей:

Как видно из реакций, приведенных выше, та или иная соль получается в зависимости от соотношения молярных масс реагирующих кислот и щелочей.

Средние соли фосфорной кислоты (фосфаты) нерастворимы в воде, за исключением аммония и фосфатов щелочных металлов. Кислые соли, наоборот, хорошо растворяются в воде, лучше всего — дигидрофосфаты.

Отличительной особенностью солей фосфорной кислоты является принципиально разный характер среды, образующейся в водных растворах средних и кислых солей в результате их гидролиза.

Гидролиз фосфата натрия Na₃PO₄

Основная ступень гидролиза фосфата натрия выражается следующей реакцией:
Na₃ PO₄ 3- + H₂O ↔ Na₂ HPO₄ 2- +Na OH —

Образующиеся ионы HPO₄ 2- очень слабо диссоциируют (см. выше диссоциацию фосфорной кислоты п.3), практически не подкисляя раствор, в таких условиях кислотность раствора определяется только гидроксид-ионами OH — , по этой причине водные растворы средних фосфатов имеют сильно щелочную среду.

Гидролиз гидрофосфата натрия Na₂HPO₄

Основная ступень гидролиза гидрофосфата натрия выражается следующей реакцией:
Na₂ HPO₄ 2- + H₂O ↔ Na H₂PO₄ — +Na OH —

Образующиеся ионы H₂PO₄ 2- диссоциируют достаточно хорошо (см. выше диссоциацию фосфорной кислоты п.2), нейтрализуя значительную часть гидроксид-ионов OH — , по этой причине водные растворы гидрофосфатов имеют слабощелочную среду.

Гидролиз дигидрофосфата натрия NaH₂PO₄

В растворах дигидрофосфатов наряду с гидролизом идет процесс диссоциации дигидрофосфат-ионов:
Na H₂PO₄ — + H₂O ↔ H₃PO₄ +Na OH —
H₂PO₄ — ↔ H + +HPO₄ 2-

Примечательно, что второй процесс превалирует над первым, по этой причине, все гидроксид-ионы OH — , являющиеся продуктом гидролиза, полностью нейтрализуются продуктами диссоциации — катионами водорода H + , которых присутствует в растворе в избытке, что и объясняет слабокислый характер среды растворов дигидрофосфатов.

Применение фосфатов

Соли фосфорной кислоты находят широчайшее применение в современной стоматологии и ортопедии, в бытовой химии:

Апатит Ca₅(OH)(PO₄)₃ — важнейший компонент зубов и костей. Зубной кариес является результатом химической реакции фосфата с кислой средой в ротовой полости (кислоты содержатся в пище, а также образуются в результате жизнедеятельности микроорганизмов, находящихся во рту).

Фтор, входящий в состав зубной пасты, способствует образованию на зубах тонкого слоя фторапатита, более устойчивого к негативному действию кислот:
Ca₅(OH)(PO₄)₃+F → Ca₅F(PO₄)₃+OH —

Современные пломбировочные материалы, применяющиеся в стоматологии, содержат труднорастворимые фосфаты алюминия и цинка (AlPO₄, Zn₃(PO₄)₂), которые являются очень устойчивыми к действию кислот.

В последнее время соли фосфорной кислоты стали использоваться в ортопедии для восстановления сломанных костей — специальная паста, в состав которой входят дигидрофосфат кальция, фосфат натрия, фосфорит вводится в место перелома кости, формируя в течение нескольких минут сломанный участок — по мере сращения кости искусственная кость замещается естественной костной тканью.

Натриевая соль трифосфорной кислоты нашла применение в моющих средствах, которые используются для смягчения жесткой воды — ионы магния и кальция связываются трифосфорной кислотой, и не взаимодействуют с анионами мыла.

Если вам понравился сайт, будем благодарны за его популяризацию 🙂 Расскажите о нас друзьям на форуме, в блоге, сообществе. Это наша кнопочка:

Код кнопки:
Политика конфиденциальности Об авторе