Три соли одной кислоты
Добавляй одну, две или три порции щёлочи на один моль H₃PO₄. Подсветка показывает сохранённые кислотные H.
Схема объясняет процесс; размеры, расстояния и цвета частиц условны. Это учебная модель, а не инструкция проведения опыта.
Кислотный оксид фосфора(V)
Оксид фосфора(V) в школьной записи имеет формулу P₂O₅; для молекулярной формы используют P₄O₁₀. Он активно связывает воду. С достаточным количеством воды образуется ортофосфорная кислота H₃PO₄.
- Гидратация
- P₂O₅ + 3H₂O → 2H₃PO₄
- С щёлочью
- P₂O₅ + 6NaOH → 2Na₃PO₄ + 3H₂O
- Степень P
- +5 до и после
Уравнение P₂O₅ + 3H₂O → 2H₃PO₄ сохраняет два атома P. Оксид является кислотным, потому что взаимодействует с основными веществами и соответствует кислоте. При этом его формула не содержит водорода.
Оксид фосфора(V) в школьной записи имеет формулу P₂O₅; для молекулярной формы используют P₄O₁₀. Он активно связывает воду.
Три ступени отдачи протонов
H₃PO₄ — трёхосновная слабая кислота. Последовательная отдача H⁺ даёт H₂PO₄⁻, HPO₄²⁻ и PO₄³⁻. Ступени неравноценны: дальнейшее отделение протона происходит труднее, поэтому состав частиц зависит от среды.
- H₃PO₄
Три кислотных H
- H₂PO₄⁻
Один протон отдан
- HPO₄²⁻
Два протона отданы
- PO₄³⁻
Три протона отданы
Три H в формуле задают возможное полное замещение, но не доказывают полную диссоциацию в воде. В кислотно-основных реакциях добавление щёлочи постепенно меняет преобладающие формы. Это удобно показывать как последовательность состава солей.
H₃PO₄ — трёхосновная слабая кислота. Последовательная отдача H⁺ даёт H₂PO₄⁻, HPO₄²⁻ и PO₄³⁻.
Белый, красный и фиолетовый фосфор
Слева направо показаны белый, красный и фиолетовый фосфор. Это формы одного элемента с разным строением; чёрный фосфор на фотографии не показан.
Materialscientist; BXXXD, Tomihahndorf, Peter Krimbacher / Gschnaller Jochen; исходные работы на странице файла · Wikimedia Commons · CC BY-SA 3.0. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Шкала универсального индикатора
Шкала универсального индикатора связывает цвет с диапазоном кислотности; у разных составов шкалы могут различаться.
A.Spielhoff · Wikimedia Commons · CC0. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Три вида солей одной кислоты
С натрием возможны NaH₂PO₄, Na₂HPO₄ и Na₃PO₄. Первые две соли кислые по составу, последняя средняя. Для их получения в общей схеме на один моль кислоты расходуется соответственно один, два или три моля NaOH.
Три порции щёлочи — три состава соли
НА 1 моль H₃PO₄
Каждый шаг замещает ещё один кислотный H. Состав преобладающих ионов в воде дополнительно зависит от pH.
Названия помогают сохранить различия: дигидрофосфат содержит два H в остатке, гидрофосфат — один, фосфат — ни одного. При составлении формул проверяют заряд остатка; нельзя просто убирать H без добавления катионов.
Подробности: понятия и примеры
| Соль | Остаток | NaOH на 1 моль H₃PO₄ |
|---|---|---|
| NaH₂PO₄ | H₂PO₄⁻ | 1 моль |
| Na₂HPO₄ | HPO₄²⁻ | 2 моль |
| Na₃PO₄ | PO₄³⁻ | 3 моль |
С натрием возможны NaH₂PO₄, Na₂HPO₄ и Na₃PO₄. Первые две соли кислые по составу, последняя средняя.
Растворимость определяет путь получения
Многие средние фосфаты металлов малорастворимы; фосфат кальция Ca₃(PO₄)₂ — характерный пример. В подходящей среде его осаждение можно записать 3Ca²⁺ + 2PO₄³⁻ → Ca₃(PO₄)₂↓. Общий заряд исходных ионов равен нулю.
- Ионы
3Ca²⁺ и 2PO₄³⁻
- Заряды
+6 и −6
- Осадок
Ca₃(PO₄)₂
- Проверка условий
Кислотность влияет на равновесие
В кислой среде состав фосфатных частиц меняется, поэтому возможность осаждения зависит от условий. Такая связь кислотности и растворимости важна для природных минералов и удобрений. Формула определяет состав, а среда — доступность конкретной формы. В 100 мл 0,10 моль/л H₃PO₄ содержится 0,010 моль кислоты. Для образования средней соли Na₃PO₄ теоретически нужно 0,030 моль NaOH, то есть 1,20 г. Если взять 0,010 моль NaOH, состав отвечает NaH₂PO₄; при 0,020 моль — Na₂HPO₄. Это стехиометрическое описание состава соли, тогда как реальное распределение ионов в растворе зависит от кислотно-основных равновесий.
Многие средние фосфаты металлов малорастворимы; фосфат кальция Ca₃(PO₄)₂ — характерный пример. В подходящей среде его осаждение можно записать 3Ca²⁺ + 2PO₄³⁻ → Ca₃(PO₄)₂↓.
Шесть выводов
Тест по параграфу10 вопросов · 4 варианта · один правильный · 0,5 балла за ответ · максимум 5
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Химия, 11 класс», § 39. Материал переработан и дополнен разъяснениями; источник: 11 класс. Химия — § 39. Кислородсодержащие соединения фосфора.pdf. Указаны условия реакций, единицы величин и границы применимости моделей. Числовые примеры решены по шагам.
Иллюстрации загружаются непосредственно с Wikimedia Commons; авторы и лицензии указаны под изображениями. Схемы и обучающие модели созданы для этого конспекта.
OpenStax: Chemistry 2e