1. Phương trình điện li của H3PO4
H3PO4 ⇌ H+ + H2PO4−
H2PO4− ⇌ H+ + HPO42−
HPO42- ⇌ H+ + PO43-
Trong phương trình điện li trên: H3PO4: Đại diện cho axit phosphoric trong dung dịch nước, là axit được hòa tan trong nước). H+: Đại diện cho ion hydrogen (H+) được tạo ra từ H3PO4. Đây là proton (H+) được trao đổi trong quá trình ion hóa. H2PO4-: Đại diện cho ion dihydrogen phosphat (H2PO4-), một trong những ion phát sinh trong quá trình ion hóa của H3PO4. H2PO4- ion hóa thành ion hydrogen (H+) và ion hydrogen phosphat HPO4^2-. Ion hydrogen phosphat (HPO4^2-) cũng ion hóa thành ion hydrogen (H+) và ion phosphate (PO4^3-)
H3PO4 (axit phosphoric) là một chất điện li yếu. Sự yếu của H3PO4 như một chất điện li có thể được giải thích dựa trên cấu trúc phân tử của nó và tính chất của liên kết trong phân tử. Trong phân tử H3PO4, các nguyên tử hydro (H) kết nối với nguyên tử phospho (P) thông qua liên kết cộng hóa trị (liên kết đôi và liên kết đơn). Điều này có nghĩa rằng các nguyên tử hydrogen (H) không dễ dàng tách khỏi phân tử để hình thành ion hydro (H+). Trong một số axit mạnh, như axit clohydric (HCl), liên kết giữa hydrogen và nguyên tử clo (Cl) là một liên kết ion, nên khi tan trong nước, chúng dễ dàng tách ra để tạo thành ion H+ và Cl-. Trong trường hợp của H3PO4, cấu trúc phân tử và tính chất của liên kết trong phân tử làm cho quá trình tạo ion hydrogen (H+) khá khó khăn và không hiệu quả hơn. Khi H3PO4 tan trong nước, nó sẽ tạo thành các ion hydrogen (H+) và các ion phosphat (H2PO4-, HPO4^2-, PO4^3-), nhưng hiệu suất ion hóa (tạo ra các ion) của H3PO4 không cao bằng các axit mạnh như HCl (axit clohydric) hoặc H2SO4 (axit sulfuric). Điều này có nghĩa là H3PO4 chỉ ion hóa một phần nhỏ trong dung dịch nước và duy trì một cường độ axit tương đối yếu.
2. Ứng dụng của phương trình điện li H3PO4 trong thực tế
Phương trình điện li cho axit phosphoric (H3PO4) có nhiều ứng dụng thực tế quan trọng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, bao gồm hóa học, công nghiệp, và thực phẩm. Dưới đây là một số ứng dụng chính của phương trình điện li H3PO4:
+ Công nghiệp thực phẩm: H3PO4 được sử dụng rộng rãi trong ngành thực phẩm để điều chỉnh độ pH, làm cho sản phẩm thực phẩm giữ được vị ngon và bảo quản lâu hơn. Nó cũng được sử dụng trong việc chế biến thực phẩm như nước ngọt và thực phẩm đóng hộp. Nó cũng có thể được thêm vào các sản phẩm như nước ngọt, bia, mỡ cá và nhiều sản phẩm khác để đáp ứng yêu cầu về hương vị và độ chua trong sản phẩm cuối cùng.
+ Chất làm mềm nước cứng: H3PO4 có thể được sử dụng để làm mềm nước cứng bằng cách tạo ra các hợp chất không tan với các ion canxi và magnesium trong nước. Điều này giúp ngăn tạo cặn cứng trong hệ thống cấp nước và các thiết bị sử dụng nước.
+ Dược phẩm: H3PO4 được sử dụng trong một số sản phẩm dược phẩm, chẳng hạn như các thuốc giúp kiểm soát acid dạ dày hoặc các loại thuốc nước mắt. Nó có thể được thêm vào thuốc để tạo ra các sản phẩm dùng để giảm triệu chứng bệnh dạ dày như trào ngược dạ dày hoặc viêm dạ dày.
+ Chất chống ăn mòn: Trong công nghiệp, H3PO4 thường được sử dụng làm chất chống ăn mòn để bảo vệ các bề mặt kim loại khỏi sự ăn mòn.
+ Chất khử: H3PO4 có thể được sử dụng như một chất khử trong nhiều ứng dụng khác nhau, chẳng hạn như trong quá trình sản xuất chất khử khác hoặc làm chất khử trong các phản ứng hóa học.
+ Sản xuất phân bón: H3PO4 là một thành phần quan trọng trong sản xuất phân bón. Nó được sử dụng để sản xuất các loại phân bón chứa phosphat. Phosphat là một trong ba nguyên tố dinh dưỡng chính cần thiết cho sự phát triển của cây trồng, cùng với nitơ và kali. Phosphat có vai trò quan trọng trong quá trình chuyển đổi năng lượng và quá trình tổng hợp các hợp chất quan trọng trong cây.
Như vậy, phương trình điện li H3PO4 không chỉ giúp hiểu về tính chất ion hóa của axit này mà còn cho thấy rằng nó có nhiều ứng dụng quan trọng trong cuộc sống hàng ngày và trong các quy trình công nghiệp.
3. Bài tập vận dụng liên quan
Câu 1. Chất nào sau đây, hòa tan trong nước là chất điện li yếu?
A. H2SO4
B. NaOH
C. H3PO4
D. NaCl
Đáp án đúng là C.
Câu 2. Dãy chất nào sau đây là chất điện li yếu khi hòa tan trong nước?
A. NH4Cl, H3PO4, HNO3, HgCl2
B. H2CO3, HNO3, CuCl2, H3PO4
C. H2S, CH3COOH, H3PO4, HCOOH
D. H2CO3, HNO3, H3PO4, NH4Cl
Đáp án đúng là C.
Câu 3. Cho 100 ml dung dịch H3PO4 0,2 M vào 1 lit dung dịch Ca(OH)2 0,012 M. Tính khối lượng muối tạo thành sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn.
Hướng dẫn giải:
nH3PO4 = 0,02 mol; nOH- = 0,024 mol
T = 0,024/0,02 = 1,2 ⇒ tạo ra 2 muối H2PO4- và HPO42-
Phương trình phản ứng: Ca(OH)2 + 2H3PO4 → Ca(H2PO4)2 + 2H2O
Ca(OH)2 + H3PO4 → CaHPO4 + 2H2O
Gọi số mol của Ca(H2PO4)2 và CaHPO4 lần lượt là x, y mol
Ta có : 2x + y = 0,02 (1) và x + y = 0,012 (2) ⇒ x = 0,008 mol và y = 0,004 mol
Khối lượng các muối sau phản ứng là:
mCa(H2PO4)2 = 0,008. 234 = 1,872 gam
mCaHPO4 = 0,004. 136 = 0,544 gam
Câu 4. Phương trình điện li tổng cộng của H3PO4 trong dung dịch là: H3PO4 ⇆ 3H+ + PO43- Khi thêm HCl vào dung dịch:
A. Cân bằng trên chuyển dịch theo chiều thuận.
B. Cân bằng trên chuyển dịch theo chiều nghịch.
C. Cân bằng trên không bị dịch chuyển.
D. Nồng độ PO43- tăng lên.
Hướng dẫn giải: Khi thêm HCl vào làm tăng nồng độ H+ trong dung dịch. Theo nguyên lí chuyển dịch cân bằng, cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm nồng độ H+ ⇒ Cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch.
Đáp án đúng là B.
Câu 5. Viết phương trình hoá học dạng phân tử và dạng ion rút gọn của phản ứng giữa axit photphoric với lượng dư của:
a. BaO ;
b. Ca(OH)2 ;
c. K2CO3
Hướng dẫn giải:
Các chất lấy dư nên muối tạo ra là muối trung hoà:
a. 2H3PO4 + 3BaO → Ba3(PO4)2 + 3H2O
Phương trình phân tử trùng với phương trình ion thu gọn
b. 2H3PO4 + 3Ca(OH)2 → Ca3(PO4)2 + 6H2O
2H3PO4 + 3Ca2+ + 6OH– → Ca3(PO4)2 + 6H2O
c. 2H3PO4 + 3K2CO3 → 2K3PO4 + 3H2O + 3CO2↑
2H3PO4 + 3CO32- → 2PO43- + 3H2O + CO2↑
Câu 6. Dãy nào dưới đây gồm các chất điện li mạnh?
A. HCl, NaOH, NaCl
B. HCl, NaOH, CH3COOH
C. KOH, NaCl, HF
D. NaNO2, HNO2, CH3COOH
Hướng dẫn giải: Dãy gồm các chất điện li mạnh là: HCl, NaOH, NaCl
Phương trình điện li minh họa HCl → H+ + Cl−
NaOH → Na+ + OH-
NaCl → Na+ + Cl-
Đáp án B loại vì CH3COOH là chất điện li yếu
Đáp án C loại vì HF là chất điện li yếu
Đáp án D loại vì CH3COOH là chất điện li yếu
Đáp án đúng là A.
Câu 7. Có 4 dung dịch trong suốt, mỗi dung dịch chỉ chứa 1 cation và 1 anion trong số các ion sau: Ba2+, Al3+, Na+, Ag+, CO32-, NO3-, Cl-, SO42-. Các dung dịch đó là:
A. AgNO3, BaCl2, Al2(SO4)3, Na2CO3.
B. AgCl, Ba(NO3)2, Al2(SO4)3, Na2CO3.
C. AgNO3, BaCl2, Al2(CO3)3, Na2SO4.
D. Ag2CO3, Ba(NO3)2, Al2(SO4)3, NaNO3.
Hướng dẫn giải: Đáp án A
AgCl là chất kết tủa loại B
Al2(CO3)2 không tồn tại bị thủy phân thành Al(OH)3 và giải phóng khí CO2 loại C
Ag2CO3 là chất kết tủa Loại D
Câu 8. Cho 44 gam NaOH 10% tác dụng với 10 gam axit H3PO4 39,2%.
a. Muối thu được là muối gì?
b. Tính nồng độ phần trăm muối trong dung dịch sau phản ứng.
Lời giải:
Số mol NaOH là nNaOH = 44.10/100.40 = 0,11 mol
Số mol H3PO4 là nH3PO4 = 10.39,2/100.98 = 0,04 mol
T = 0,11/0,04 = 2,75 mol ⇒ tạo ra 2 muối Na2HPO4 và Na3PO4
Phương trình phản ứng: 2NaOH + H3PO4 → Na2HPO4 + 2H2O
3NaOH + H3PO4 → Na3PO4 + 3H2O
Ta có : x + y = 0,04 (1) và 2x + 3y = 0,11 (2) ⇒ x = 0,01 và y = 0,03 mol
⇒ nNa2HPO4 = 0,01 mol và nNa3PO4 = 0,03 mol
mNa2HPO4 = 0,01.142 = 1,42 gam; mNa3PO4 = 0,03.164 = 4,92 gam
mdd = 44 + 10 = 54 gam
Nồng độ phần trăm của các muối trong dung dịch sau phản ứng là:
C%( Na2HPO4) = 1,42/54.100% = 2,63%; C%( Na3PO4) =4,92/54.100% = 9,11%
=> Bạn đọc có thể tham khảo thêm bài viết Sự điện li là gì? Phân loại chất điện li mạnh và chất điện li yếu
