Ортофосфорная кислота и фосфаты
Ортофосфорная кислота
\(\ce{H3PO4}\) = \(\ce{PO(OH)3}\) — тетраэдр вокруг фосфора. Бесцветные кристаллы (т. пл. 42 °C), в продаже — вязкий 85 %-й сироп. Кислота средней силы, трёхосновная; в отличие от серной и азотной, не окислитель — фосфор(+5) в тетраэдре очень устойчив.
scienceПолучение фосфорной кислоты
- \(\ce{Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 -> 3CaSO4 v + 2H3PO4}\) — экстракционный способ (около 90 % мирового производства); побочный фосфогипс — миллионы тонн отходов.
- \(\ce{P4 + 5O2 -> P4O10}\), \(\ce{P4O10 + 6H2O -> 4H3PO4}\) — термический способ: чистая кислота для пищевой промышленности.
auto_awesomeКислота в газировке
Ортофосфорная кислота (E338) придаёт колам кислый вкус: около 0,05 %, pH около 2,5. Её же используют для удаления ржавчины: она превращает оксиды железа в плотный слой фосфатов, защищающий металл (фосфатирование).
boltНе окислитель
Фосфорная кислота вытесняет летучие кислоты из солей, не окисляя их: \(\ce{NaBr + H3PO4 -> NaH2PO4 + HBr}\) — поэтому её используют для получения \(\ce{HBr}\) и \(\ce{HI}\) (урок 110), где серная кислота не годится.
Фосфаты и удобрения
Фосфорная кислота образует три ряда солей. Для кальция растворимость резко различается:
| Соль | Растворимость | Применение |
|---|---|---|
| \(\ce{Ca3(PO4)2}\) | нерастворим | фосфорит, апатит, кости |
| \(\ce{CaHPO4}\) | малорастворим | кормовая добавка «преципитат» |
| \(\ce{Ca(H2PO4)2}\) | растворим | суперфосфат |
Растения усваивают растворимые фосфаты, поэтому природный фосфорит «вскрывают» кислотами.
scienceФосфорные удобрения
- \(\ce{Ca3(PO4)2 + 2H2SO4 -> Ca(H2PO4)2 + 2CaSO4}\) — простой суперфосфат (смесь с гипсом, Лоус, 1842).
- \(\ce{Ca3(PO4)2 + 4H3PO4 -> 3Ca(H2PO4)2}\) — двойной суперфосфат (без балласта).
- \(\ce{NH3 + H3PO4 -> NH4H2PO4}\) — аммофос (азот + фосфор).
- \(\ce{Ca3(PO4)2 + 4HNO3 -> Ca(H2PO4)2 + 2Ca(NO3)2}\) — азотнокислотное разложение (нитроаммофоска).
bolt«В пересчёте на \(\ce{P2O5}\)»
По агрохимической традиции содержание фосфора выражают массовой долей условного оксида \(\ce{P2O5}\) (\(M = 141{,}9\)). 1 моль \(\ce{P2O5}\) соответствует 2 моль P. Для чистого \(\ce{Ca(H2PO4)2}\) — 60,7 %, для \(\ce{NH4H2PO4}\) — 61,7 %.
auto_awesomeФосфор — невосполнимый ресурс
В отличие от азота, который можно «взять из воздуха», фосфор добывают только из руд, крупные месторождения — в Марокко, Китае, России (Хибины). Фосфор нельзя заменить ничем — он в ДНК, АТФ и костях. Вопрос «пика фосфора» серьёзно обсуждают экономисты.
Обнаружение и определение фосфат-иона
scienceКачественные реакции
- \(\ce{3Ag+ + PO4^3- -> Ag3PO4 v}\) — жёлтый осадок, растворимый в азотной кислоте и аммиаке (в отличие от \(\ce{AgI}\)).
- \(\ce{PO4^3- + 3NH4+ + 12MoO4^2- + 24H+ -> (NH4)3[PMo12O40] v + 12H2O}\) — жёлтый кристаллический осадок фосфоромолибдата аммония (в азотнокислой среде при нагревании).
- \(\ce{HPO4^2- + Mg^2+ + NH3 + 6H2O -> MgNH4PO4*6H2O v}\) — белый кристаллический осадок с «магнезиальной смесью».
Гравиметрия. Осадок \(\ce{MgNH4PO4*6H2O}\) прокаливают до пирофосфата:
и взвешивают. \(\ce{Mg2P2O7}\) (\(M = 222{,}6\)) содержит ровно одну «молекулу» \(\ce{P2O5}\) — удобно для пересчёта.
boltЖёлтые осадки серебра
\(\ce{Ag3PO4}\) (жёлтый) растворяется в азотной кислоте — анион слабой кислоты протонируется. \(\ce{AgI}\) (тоже жёлтый) — нет. Так их различают.
auto_awesomeФосфор и молибден
Фосфоромолибдат — гетерополисоединение со структурой Кеггина (1934): фосфат-тетраэдр в центре «клетки» из двенадцати октаэдров \(\ce{MoO6}\). С восстановителями он даёт интенсивно синий «молибденовый синий» — основа фотометрического определения фосфатов в воде.
push_pinГлавное
\(\ce{H3PO4}\) — трёхосновная кислота средней силы (\(pK_a\) 2,15; 7,20; 12,35), не окислитель. Получают экстракционным способом (\(\ce{Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 -> 3CaSO4 + 2H3PO4}\), отход — фосфогипс) или термическим (сжигание фосфора). Из солей кальция растворим только дигидрофосфат — основа суперфосфата (\(\ce{Ca3(PO4)2 + 2H2SO4 -> Ca(H2PO4)2 + 2CaSO4}\)) и двойного суперфосфата. Содержание фосфора в удобрениях выражают «в пересчёте на \(\ce{P2O5}\)». Фосфат-ион открывают нитратом серебра (жёлтый \(\ce{Ag3PO4}\), растворим в \(\ce{HNO3}\)) и молибдатом аммония; определяют гравиметрически в виде \(\ce{Mg2P2O7}\).
Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.