Химия. 11 класс

Фосфорная кислота

Фосфорная кислота — слабый электролит, диссоциирует преимущественно по первой ступени. В растворах она проявляет общие свойства кислот: меняет цвет индикаторов и образует соли в реакциях с металлами, находящимися в ряду активности до водорода (1), основными и амфотерными оксидами (2), гидроксидами металлов и аммиаком (3), другими солями (4); она не является окислителем за счёт аниона:

1	3Mg + 2H3PO4 = Mg3(PO4)2↓ + 3H2↑ металл
2	3СаO + 2H3PO4 = Сa3(PO4)2↓ + 3H2O оксид основный 3ZnO + 2H3PO4 = Zn3(PO4)2↓ + 3H2O оксид амфотерный
3	3NaOH + H3PO4 = Na3PO4 + 3H2O; основание (щёлочь) 2NН3 + H3PO4 = (NН4)2HPO4 аммиак
4	3K2СО3 + 2H3PO4 = 2K3PO4 + 3H2O + 3СО2↑ соль

Отметим, что фосфорная кислота образует как средние соли (фосфаты), так и кислые (гидрофосфаты и дигидрофосфаты), в зависимости от соотношения исходных веществ. Например:

3КOH + H₃PO₄ = К₃PO₄ + 3H₂O (фосфат калия) (3 : 1);

2КOH + H₃PO₄ = К₂HPO₄ + 2H₂O (гидрофосфат калия) (2 : 1);

КOH + H₃PO₄ = КН₂PO₄ + H₂O (дигидрофосфат калия) (1 : 1).

При составлении уравнений реакций в ионной форме фосфорную кислоту представляют в виде молекул как преобладающих частиц в её растворе. Например:

«math class=¨wrs_chemistry¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle indentalign=¨center¨»«mn»2«/mn»«mi»NaOH«/mi»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»H«/mi»«mn»3«/mn»«/msub»«msub»«mi»PO«/mi»«mn»4«/mn»«/msub»«mo»§#160;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#160;«/mo»«msub»«mi»Na«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«msub»«mi»§#1053;PO«/mi»«mn»4«/mn»«/msub»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mn»2«/mn»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»H«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mi mathvariant=¨normal¨»O«/mi»«mo»;«/mo»«mspace linebreak=¨newline¨/»«mn»2«/mn»«msup»«mi»Na«/mi»«mo»+«/mo»«/msup»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mn»2«/mn»«msup»«mi»OH«/mi»«mrow»«mo»§#8210;«/mo»«mo»§#160;«/mo»«/mrow»«/msup»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»H«/mi»«mn»3«/mn»«/msub»«msub»«mi»PO«/mi»«mn»4«/mn»«/msub»«mo»§#160;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mn»2«/mn»«msup»«mi»Na«/mi»«mo»+«/mo»«/msup»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«msubsup»«mi»§#1053;PO«/mi»«mn»4«/mn»«mrow»«mn»2«/mn»«mo»-«/mo»«/mrow»«/msubsup»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mn»2«/mn»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»H«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mi mathvariant=¨normal¨»O«/mi»«mo»;«/mo»«mspace linebreak=¨newline¨/»«mn»2«/mn»«msup»«mi»OH«/mi»«mo»§#8210;«/mo»«/msup»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»H«/mi»«mn»3«/mn»«/msub»«msub»«mi»PO«/mi»«mn»4«/mn»«/msub»«mo»§#160;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#160;«/mo»«msubsup»«mi»§#1053;PO«/mi»«mn»4«/mn»«mrow»«mn»2«/mn»«mo»-«/mo»«/mrow»«/msubsup»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mn»2«/mn»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»H«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mi mathvariant=¨normal¨»O«/mi»«mo».«/mo»«/mstyle»«/math»

Применение и получение. Фосфорную кислоту применяют в производстве удобрений и кормовых средств, для формирования антикоррозионных покрытий на металлах, а также в пищевой промышленности для придания кисловатого вкуса безалкогольным напиткам, для осветления сахара.

Получают H₃PO₄ взаимодействием природных фосфатов с серной кислотой при 60‒80 °С с последующим отфильтровыванием осадка СаSO₄. При этом фосфорная кислота образуется в виде сиропообразного раствора с массовой долей вещества 85 %. Второй способ — сжигание фосфора, полученного прокаливанием природного фосфата с песком и углём, и последующее растворение оксида в воде:

Сa₃(PO₄)₂ → Р → P₂O₅ → H₃PO₄.

Соли фосфорной кислоты. Фосфаты, как правило, нерастворимы, за исключением солей натрия, калия и аммония. Кислые соли более растворимы, чем средние, а дигидрофосфаты имеют большую растворимость, чем гидрофосфаты. Например, фосфат Ca₃(PO₄)₂ нерастворим, гидрофосфат CaHPO₄ — мало растворим, а дигидрофосфат Ca(H₂PO₄)₂ — хорошо растворим в воде.

Большинство фосфатов обладает высокой термической устойчивостью — не разрушаются при нагревании до температуры плавления. Характерной особенностью фосфатов (средних солей) является образование осадка жёлтого цвета при действии раствора нитрата серебра(I) (Приложение 3):

«math class=¨wrs_chemistry¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle indentalign=¨center¨»«mn»3«/mn»«msub»«mi»AgNO«/mi»«mn»3«/mn»«/msub»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«msub»«mi»Na«/mi»«mn»3«/mn»«/msub»«msub»«mi»PO«/mi»«mn»4«/mn»«/msub»«mo»§#160;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#160;«/mo»«msub»«mi»Ag«/mi»«mn»3«/mn»«/msub»«msub»«mi»PO«/mi»«mn»4«/mn»«/msub»«mo stretchy=¨false¨»§#8595;«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mn»3«/mn»«msub»«mi»NaNO«/mi»«mn»3«/mn»«/msub»«mo»;«/mo»«mspace linebreak=¨newline¨/»«mn»3«/mn»«msup»«mi»Ag«/mi»«mo»+«/mo»«/msup»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mrow»«mo»§#160;«/mo»«msubsup»«mi»PO«/mi»«mn»4«/mn»«mrow»«mn»3«/mn»«mo»-«/mo»«/mrow»«/msubsup»«mo»§#160;«/mo»«/mrow»«munder»«mrow»«mo»=«/mo»«mo»§#160;«/mo»«msub»«mi»Ag«/mi»«mn»3«/mn»«/msub»«msub»«mi»PO«/mi»«mn»4«/mn»«/msub»«mo stretchy=¨false¨»§#8595;«/mo»«mo».«/mo»«mo»§#8199;«/mo»«mo»§#8199;«/mo»«mo»§#8199;«/mo»«mo»§#8199;«/mo»«/mrow»«mpadded voffset=¨-5px¨»«mi»§#1092;§#1086;§#1089;§#1092;§#1072;§#1090;«/mi»«mo»§#160;«/mo»«mi»§#1089;§#1077;§#1088;§#1077;§#1073;§#1088;§#1072;«/mi»«mo»(«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»I«/mi»«mo»)«/mo»«/mpadded»«/munder»«/mstyle»«/math»

В отличие от светло-жёлтого осадка бромида серебра(I) и жёлтого осадка йодида серебра(I), фосфат серебра(I) растворяется при добавлении азотной кислоты.

Применение солей фосфорной кислоты. Многие средние и кислые соли фосфорной кислоты (Ca₃(PO₄)₂, CaHPO₄ · 2H₂O, Ca(H₂PO₄)₂  · H₂O, NН₄H₂PO₄, (NН₄)₂HPO₄) используются в качестве удобрений. Фосфаты находят применение в производстве каучука, пластмасс, в металлургии. Фосфат натрия уменьшает жёсткость воды и улучшает моющее действие стиральных порошков. Тем не менее во многих государствах в настоящее время установлены ограничения по применению фосфатов в качестве стиральных моющих средств. Дело в том, что после стирки фосфаты попадают в сточные воды, а затем в водоёмы, способствуя бурному развитию планктона и водорослей — водоёмы «стареют». По некоторым данным, 1 г фосфата стимулирует рост 5–10 кг водорослей.