Фосфорная кислота H3PO4: свойства, получение, применение

Фосфорная кислота H3PO4 — трёхосновная кислородсодержащая кислота средней силы, молярная масса 98 г/моль.

Ключевые факты

Формула
H3PO4
Класс
кислота (средней силы, трёхосновная, кислородсодержащая)
Молярная масса
98 г/моль для расчётов ЕГЭ; по массам IUPAC 97,99 г/моль
Другие названия
ортофосфорная кислота — полное название, чтобы отличать от метафосфорной HPO3 и дифосфорной H4P2O7
Состояние
твёрдое вещество; в быту и в лаборатории её чаще используют в виде сиропообразного раствора около 85 %
Степень окисления фосфора
+5 (высшая)
Валентность фосфора
V
Основность
трёхосновная, соли — фосфаты, гидрофосфаты и дигидрофосфаты
Окислитель
нет: фосфор в степени окисления +5 здесь окислителем не служит

Обновлено · Химия · Редакция НейроМиши

Что такое фосфорная кислота?

Фосфорная кислота H3PO4 — кислота со ступенчатой диссоциацией: она отдаёт три иона водорода по очереди, и каждая следующая ступень идёт хуже предыдущей. Поэтому её относят к кислотам средней силы, а не к сильным. Фосфор в ней имеет высшую степень окисления +5.

Для школьной химии главное — две особенности. Во-первых, из-за трёх атомов водорода она образует три ряда солей, и состав продукта зависит от соотношения кислоты и щёлочи. Во-вторых, она не летучая и не окисляет, поэтому с металлами ведёт себя как обычная кислота и вытесняет водород, в отличие от азотной.

Какие физические свойства у фосфорной кислоты?

Физические свойства: фосфорная кислота H3PO4
СвойствоЗначение
Агрегатное состояниетвёрдое вещество; в быту и в лаборатории её чаще используют в виде сиропообразного раствора около 85 %
Цвет и запахбесцветные прозрачные кристаллы без запаха
Температура плавленияоколо 42 °C
Растворимость в водесмешивается с водой в любых отношениях
Гигроскопичностькристаллы быстро расплываются на воздухе, поглощая влагу
Летучестьнелетучая: при нагревании не кипит, а теряет воду и переходит в дифосфорную кислоту

Какие химические свойства у фосфорной кислоты?

Фосфорная кислота реагирует как типичная кислота: с основаниями, основными оксидами, солями более слабых кислот и металлами, стоящими в ряду активности левее водорода. Сильного окислительного действия у неё нет, а вот состав соли при нейтрализации выбирают количеством щёлочи.

  1. С избытком щёлочи: средняя сольH3PO4 + 3NaOH → Na3PO4 + 3H2O
  2. С недостатком щёлочи: кислая сольH3PO4 + NaOH → NaH2PO4 + H2O
  3. С основным оксидом2H3PO4 + 3CaO → Ca3(PO4)2 + 3H2O
  4. С активным металлом: выделяется водород2H3PO4 + 3Mg → Mg3(PO4)2 + 3H2↑
  5. С карбонатом натрия2H3PO4 + 3Na2CO3 → 2Na3PO4 + 3H2O + 3CO2↑
  6. Её соль, фосфат натрия, с нитратом серебра: жёлтый осадокNa3PO4 + 3AgNO3 → Ag3PO4↓ + 3NaNO3

Состав соли определяет соотношение количеств кислоты и щёлочи: на 1 моль кислоты 1 моль NaOH даёт дигидрофосфат NaH2PO4, 2 моль — гидрофосфат Na2HPO4, 3 моль — фосфат Na3PO4. Сама кислота с нитратом серебра осадка не даёт: фосфат серебра растворился бы в образующейся азотной кислоте, поэтому в ЕГЭ эту пару считают не реагирующей.

Как получают фосфорной кислоты?

В промышленности

Экстракционный способ: природный фосфат кальция обрабатывают серной кислотой, а нерастворимый сульфат кальция отфильтровывают. Термический способ дороже, зато даёт чистую кислоту: фосфор сжигают до оксида фосфора(V) и растворяют его в воде.

  • Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 → 3CaSO4↓ + 2H3PO4
  • 4P + 5O2 → 2P2O5
  • P2O5 + 3H2O → 2H3PO4

В лаборатории (на уровне задания)

В заданиях чаще всего встречается гидратация оксида фосфора(V): при нагревании с избытком воды он превращается в ортофосфорную кислоту. Холодная вода даёт сначала метафосфорную кислоту.

  • P2O5 + 3H2O → 2H3PO4

Как распознать фосфорная кислота? Качественная реакция

Фосфат-ион определяют по ионам серебра: выпадает жёлтый осадок фосфата серебра. Он растворяется и в азотной кислоте, и в растворе аммиака, чем отличается от бромида и иодида серебра.

  • 3Ag+ + PO43− → Ag3PO4↓

Где применяют фосфорной кислоты?

  • минеральные удобрения: суперфосфат, аммофос и другие фосфаты дают растениям фосфор;
  • пищевая промышленность: регулятор кислотности E338 в газированных напитках;
  • очистка металлов от ржавчины и создание защитного слоя на их поверхности;
  • производство моющих средств, антикоррозионных грунтов и огнезащитных составов.

Меры предосторожности. Концентрированный раствор фосфорной кислоты раздражает кожу и глаза и может вызвать ожог; работают с ним в перчатках и очках. Пищевая добавка в напитках безопасна в допустимых дозах, но избыточное потребление газировки вредит эмали зубов.

Чему равна молярная масса фосфорной кислоты?

M(H3PO4) = 3·1 + 31 + 4·16 = 98 г/моль

Молярную массу вещества складывают из относительных атомных масс элементов с учётом индексов. На ЕГЭ массы округляют до целых, у хлора берут 35,5. Если брать массы IUPAC до сотых, получится 97,99 г/моль.

Посчитать молярную массу в калькуляторе · Количество вещества: n = m/M

Где фосфорная кислота встречается на ЕГЭ?

Вопросы и ответы

Чему равна молярная масса фосфорной кислоты?

M(H3PO4) = 3·1 + 31 + 4·16 = 98 г/моль. По массам IUPAC до сотых получается 97,99 г/моль.

Сильная или слабая фосфорная кислота?

Это кислота средней силы. Она слабее серной, азотной и соляной кислот и диссоциирует не полностью, а по ступеням, причём вторая и третья ступени идут совсем слабо. В ионных уравнениях её записывают молекулой, а не ионами.

Какие соли образует фосфорная кислота?

Три ряда: средние фосфаты, например Na3PO4, и кислые соли: гидрофосфаты Na2HPO4 и дигидрофосфаты NaH2PO4. Какая соль получится, зависит от того, сколько щёлочи взято на один моль кислоты: один, два или три.

Почему фосфорная кислота не окисляет металлы, как азотная?

В азотной кислоте окислителем служит азот в степени окисления +5, он забирает электроны у металла. Фосфор в фосфорной кислоте тоже +5, но как окислитель он практически не проявляется, и металл окисляют только ионы водорода. Поэтому с металлами левее водорода выделяется водород.

Потренироваться на заданиях

Страница объясняет вещество, а тренажёр помогает применить это в заданиях. В кабинете НейроМиши — задания ЕГЭ по химии с проверкой ответа и разбором ошибки. Начать можно без регистрации.

Задачи по теме — с проверкой Разбор заданий ЕГЭ по химии

Связанные элементы, таблицы и вещества

Элементы в составе: водород H, фосфор P, кислород O.

Другие вещества

Все вещества справочника · Таблица Менделеева

Источники