AXIT PHOTPHORIC VÀ MUỐI PHOTPHAT

Trong hợp chất $H_3PO_4$, photpho có số oxi hóa cao nhất $+5$.
$2.$ Tính chất vật lí
Axit photphoric, còn gọi là axit orthophotphoric ($H_3PO_4$) là chất rắn dạng tinh thể, trong suốt, không màu, nóng chảy ở $42,5^0C$, rất háo hức nên dễ bị chảy rữa, tan trong nước theo bất kì tỉ lệ nào. Axit photphoric thường dùng là dung dịch đặc, sánh, có nồng độ $85\%$.
$3.$ Tính chất hóa học
a) Tính oxi hóa - khử
Khác với nitơ, photpho ở mức oxi hóa $+5$ bền hơn. Do vậy, axit photphoric khó bị khử, không có tính oxi hóa như axit nitric.
b) Tác dụng bởi nhiệt
Khi đun nóng đến khoảng $200 - 250^0C$, axit photphoric mất bớt nước, biến thành axit điphotphoric ($H_4P_2O_7$):$$2H_3PO_4\xrightarrow[{}]{{t^0}}H_4P_2O_7+ H_2O $$
Tiếp tục đun nóng đến khoảng $400 - 500^0C$, axit điphotphoric lại mất bớt nước, biến thành axit metaphotphoric:$$H_4P_2O_7\xrightarrow[{}]{{t^0}} 2HPO_3+H_2O $$Các axit $HPO_3, H_4P_2O_7$ lại có thể kết hợp với nước để tạo ra axit $H_3PO_4$.
c) Tính axit
* Axit $H_3PO_4$ là axit ba lần axit, có độ mạnh trung bình. Trong dung dịch nó phân li theo ba nấc. Dưới đây là hằng số phân li axit ở $25^0C$.
Nấc $1$:              $H_3PO_4 \rightleftharpoons  H^++H_2PO_4^-;        K_1=7,6 . 10^ {-3}$
Nấc $2$:              $H_2PO_4^- \rightleftharpoons  H^++HPO_4^ {2-};       K_2=6,2 . 10^ {-8}$
Nấc $3$:              $HPO_4^ { 2-} \rightleftharpoons  H^+ + PO_4^ {3-};               K_3=4,4 . 10^ {-13}$
Sự phân li chủ yếu xảy ra theo nấc $1$, nấc $2$ yếu hơn và nấc $3$ rất yếu. Như vậy trong dung dịch axit photphoric ngoài các phân tử $H_3PO_4$ không phân li, còn có các ion $H^+$, đihiđrophotphat ($H_2PO_4^-$), hiđrophotphat ($HPO_4^ {2-}$) và photphat ($PO_4^ {3-}$), không kể $H^+$ và $OH^-$ do nước phân li ra.
* Dung dịch $H_3PO_4$ có những tính chất chung của axit, như làm đổi màu quỳ tím thành đỏ, tác dụng với oxit bazơ, bazơ, muối, kim loại,...
Khi tác dụng với oxit bazơ hoặc bazơ, tùy theo lượng chất tác dụng mà axit photphoric tạo ra muối trung hòa, muối axit hoặc hỗn hợp muối.
Thí dụ:              $H_3PO_4 + NaOH \xrightarrow[{}]{{}}  NaH_2PO_4 + H_2O$
                         $H_3PO_4 + 2NaOH \xrightarrow[{}]{{}} Na_2HPO_4+2H_2O$
                         $H_3PO_4 + 3NaOH \xrightarrow[{}]{{}} Na_3PO_4+3H_2O$
$4.$ Điều chế và ứng dụng
a) Trong phòng thí nghiệm
Axit photphoric được điều chế bằng cách dùng $HNO_3$ đặc oxi hóa photpho:
                        $P+5HNO_3 $(đặc)$ \xrightarrow[{}]{{t^0}} H_3PO_4 +5NO_2 + H_2O $
b) Trong công nghiệp
* Cho $H_2SO_4$ đặc tác dụng với quặng photphorit hoặc quặng apatit:
                       $Ca_3(PO_4)_2+3H_2SO_4 $(đặc) $  \xrightarrow[{}]{{t^0}} 3CaSO_4 \downarrow +2H_3PO_4 $
Tách muối $CaSO_4$ ra và cô đặc dung dịch, rồi làm lạnh để axit kết tinh. Axit photphoric điều chế bằng phương pháp này không tinh khiết, có chất lượng thấp.
* Để điều chế $H_3PO_4$ có độ tinh khiết và nồng độ cao hơn, người ta đốt cháy photpho để được $P_2O_5$, rồi cho $P_2O_5$ tác dụng với nước.
                              $4P+5O_2\xrightarrow[{}]{{t^0}} 2P_2O_5 $
                              $P_2O_5+3H_2O \xrightarrow[{}]{{}} 2H_3PO_4$
Một lượng lớn axit photphoric sản xuất ra được dùng để điều chế các muối photphat và để sản xuất phân lân.
II - MUỐI PHOTPHAT
Muối photphat là muối của axit photphoric. Axit photphoric tạo ra ba loại muối: muối photphat trung hòa và hai muối photphat axit.
Thí dụ:      Muối photphat trung hòa: $Na_3PO_4, Ca_3(PO_4)_2, (NH_4)_3PO_4$
                  Muối đihiđrophotphat:  $NaH_2PO_4, Ca(H_2PO_4)_2, NH_4H_2PO_4$
                  Muối hiđrophotphat : $Na_2HPO_4, CaHPO_4, (NH_4)_2HPO_4$
$1$. Tính chất của muối photphat
a) Tính tan
Tất cả các muối đihiđrophotphat đều tan trong nước.
Trong số 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.
b) Phản ứng thủy phân
Các muối photphat tan bị thủy phân trong dung dịch.
Thí dụ:                 $Na_3PO_4+H_2O \rightleftharpoons  Na_2HPO_4 + NaOH$
                            $PO_4^ {3-}+ H_2O \rightleftharpoons  HPO_4^ {2-}+OH^-$
Do đó, dung dịch $Na_3PO_4$ có môi trường kiềm, làm quỳ tím ngả màu xanh.
$2.$ Nhận biết ion photphat
Thuốc thử để nhận biết ion $PO_4^{ 3-}$ trong dung dịch muối photphat là bạc nitrat.
Thí nghiệm: Nhỏ vào ống nghiệm $5-6$ giọt dung dịch $Na_3PO_4$ rồi thêm vào đó $3-4$ giọt dung dịch $AgNO_3$. Khi đó sẽ tạo thành kết tủa màu vàng, tan được trong dung dịch axit nitric loãng. Phương trình ion rút gọn:
                           $ 3Ag^+ + PO_4^ { 3-} \xrightarrow[{}]{{}} Ag_3PO_4 \downarrow $
                                                                  màu vàng