Смеси фосфатов и неизвестные соли — Неорганическая химия для олимпиад

Смеси фосфатов и неизвестные соли

9 заданий

Титрование с двумя индикаторами

При титровании фосфорной кислоты щёлочью наблюдают два скачка pH (урок 67). Они соответствуют точкам эквивалентности, в которых добавленной щёлочи достаточно для завершения очередной ступени нейтрализации. Первый скачок наблюдается около pH 4,7: \(\ce{H3PO4}\) превращается в \(\ce{H2PO4-}\). Для определения этой точки используют метиловый оранжевый. Второй скачок наблюдается около pH 9,8: \(\ce{H2PO4-}\) превращается в \(\ce{HPO4^2-}\). Ему соответствует фенолфталеин. Третья ступень (\(pK_3 = 12{,}35\)) в воде заметного скачка не даёт.

edit_noteСмесь кислоты и дигидрофосфата

Если раствор содержит фосфорную кислоту и дигидрофосфат натрия, до изменения окраски метилового оранжевого нейтрализуется первая ступень только кислоты. Поэтому по израсходованному объёму \(V_\text{мо}\) находят количество кислоты: \(n(\ce{H3PO4}) = cV_\text{мо}\). Если объём \(V_\text{фф}\) отсчитывают от начала титрования, то до изменения окраски фенолфталеина нейтрализуются две ступени кислоты и одна ступень соли: \(cV_\text{фф} = 2n(\ce{H3PO4}) + n(\ce{NaH2PO4})\). Смеси \(\ce{NaH2PO4}\) + \(\ce{Na2HPO4}\) исследуют титрованием кислотой и щёлочью отдельных аликвот, то есть отмеренных порций раствора. Смесь \(\ce{Na3PO4}\) + \(\ce{Na2HPO4}\) титруют кислотой.

boltНе путайте объёмы

Перед составлением уравнений выясните, отсчитан ли второй объём от начала титрования или от первой точки эквивалентности. В этих случаях объём щёлочи, соответствующий второй ступени, выражают по-разному.

Прокаливание фосфатов

Титрование показывает, сколько протонов участвует в реакции с щёлочью. Другие сведения о составе соли даёт прокаливание: кислые фосфаты теряют при нагревании воду, причём величина потери массы зависит от формулы соли. Соединение групп P–OH с выделением воды называют конденсацией.

СольПродукт прокаливанияПотеря массы
\(\ce{NaH2PO4}\)Образуется \(\ce{NaPO3}\).На моль соли выделяется 1 \(\ce{H2O}\) (15,0 %).
\(\ce{Na2HPO4}\)Образуется \(\ce{Na4P2O7}\).На моль соли выделяется ½ \(\ce{H2O}\) (6,3 %).
\(\ce{Na3PO4}\)Соль не меняется.Потери массы нет: 0.
\(\ce{NH4H2PO4}\)Образуется \(\ce{HPO3}\); выделяются \(\ce{NH3}\) + \(\ce{H2O}\).Потеря массы составляет 30,5 %.
\(\ce{Na2HPO4*12H2O}\)Образуется \(\ce{Na4P2O7}\).Удаляется вода кристаллизации и выделяется вода при конденсации.

boltПроверка формулы

При конденсации каждая пара групп P–OH образует одну молекулу воды. Поэтому число молей выделившейся воды равно половине числа молей таких групп. В \(\ce{NaH2PO4}\) две группы OH, следовательно, на моль соли выделяется моль воды.

scienceПрокаливание

  1. \(\ce{NaH2PO4 ->[t] NaPO3 + H2O}\) — при прокаливании дигидрофосфата натрия образуются метафосфат натрия и вода.
  2. \(\ce{2Na2HPO4 ->[t] Na4P2O7 + H2O}\) — при прокаливании гидрофосфата натрия образуются пирофосфат натрия и вода.
  3. \(\ce{NH4H2PO4 ->[t] HPO3 + NH3 + H2O}\) — при нагревании соли выделяются газы и образуется стекловидная плёнка; это объясняет применение соли в огнезащитных пропитках.

Неизвестная соль фосфора

В задаче на определение неизвестной соли обычно приводят несколько видов данных: массовые доли элементов, число протонов, титруемых щёлочью, поведение при нагревании и реакции с окислителями. Предлагаемая формула должна объяснять все эти наблюдения.

edit_noteРазбор

Бесцветная соль натрия содержит Na 26,1 % и P 35,2 %. Она восстанавливает нитрат серебра, при нагревании выделяет самовоспламеняющийся газ и не реагирует с NaOH. По массовым долям находят отношение количеств элементов: Na : P = 1,14 : 1,14 = 1 : 1. Восстановительные свойства, отсутствие кислотного водорода и выделение фосфина указывают на гипофосфит \(\ce{NaH2PO2}\). Его атомы водорода связаны с фосфором, поэтому щёлочь их не замещает. Проверка формулы даёт Na 26,1 % и P 35,2 %. У кристаллогидрата \(\ce{NaH2PO2*H2O}\) эти доли были бы меньше.

boltТри вопроса к соли фосфора

  1. Способен ли анион восстанавливать \(\ce{Ag+}\) или \(\ce{HgCl2}\)? Если способен, степень окисления фосфора ниже +5; возможны фосфит и гипофосфит.
  2. Сколько протонов можно оттитровать щёлочью? Это помогает установить основность кислоты, то есть число её замещаемых атомов водорода, или определить состав кислой соли.
  3. Что происходит при прокаливании? Для кислых фосфатов характерна конденсация. Фосфиты и гипофосфиты могут вступать в диспропорционирование, при котором часть атомов фосфора окисляется, а другая восстанавливается.

scienceРеакции-подсказки

  1. \(\ce{NaH2PO2 + 4AgNO3 + 2H2O -> NaH2PO4 + 4Ag v + 4HNO3}\) — гипофосфит восстанавливает серебро.
  2. \(\ce{2NaH2PO2 ->[t] Na2HPO4 + PH3}\) — при нагревании гипофосфита образуются гидрофосфат натрия и фосфин.
  3. \(\ce{Na2HPO3 + NaOH}\) — реакция не происходит, поскольку водород, связанный с фосфором, не замещается щёлочью.

push_pinГлавное

При титровании фосфорной кислоты метиловый оранжевый позволяет определить первую ступень нейтрализации, \(\ce{H3PO4 -> H2PO4-}\), а фенолфталеин — вторую, \(\ce{H2PO4- -> HPO4^2-}\); третья ступень в воде не титруется. Для смеси \(\ce{H3PO4}\) + \(\ce{NaH2PO4}\), если оба объёма отсчитаны от начала титрования, справедливы соотношения \(V_\text{мо} = n_\text{к}/c\) и \(V_\text{фф} = (2n_\text{к} + n_\text{с})/c\). При прокаливании \(\ce{NaH2PO4 -> NaPO3}\) с потерей 1 \(\ce{H2O}\) на моль соли, а \(\ce{2Na2HPO4 -> Na4P2O7}\) с потерей ½ \(\ce{H2O}\) на моль соли; \(\ce{Na3PO4}\) не меняется. Формулу неизвестной соли проверяют по составу, числу замещаемых протонов, заряду и химическим свойствам.

Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.

Неорганическая химия для олимпиад · репетитор-кузьмин.рф
© 2026. Программа — авторская, по официальным комплектам ВсОШ, «Высшей пробы», «Ломоносова» и программе IChO; последовательность уроков и критерии перехода — методика курса.