Bài 11. Axit photphoric và muối photphat

Trường ĐH Cần Thơ
Môn: Hóa Vô Cơ
Chuyên đề: Axit Photphoric và Phân lân
*GVHD: Cô Nguyễn Thị Ánh Hồng
*Thành viên nhóm:
Lê Huỳnh Em
Nguyễn Văn Hồng
Trần Minh Thiện
Nguyễn Thái Mỹ Tiên
Đặng Hoàng Tươi


Nội dung:
A-Axit photphoric
I. CTCT và tính chất vật lý
II. Tính chất hoá học
III. Điều chế
IV. Ứng dụng
V. Muối Phôtphat
B-Phân lân.
I. Vai trò của phân lân đối với cây trồng
II. Các loại phân lân.
A- Axit photphoric
I-CTCT và tính chất vật lý
1. Công thức cấu tạo:
Axit photphoric (orthophotphoric): H3PO4
P
H
O
P=O
hoặc
P
O
+5
Cao nhất
H
O
O
H
O
O
H
O
O
H
O
O
H
O
O
H
O
O
2. Tính chất vật lý
-Tinh thể không màu (trong suốt), nhiệt độ nóng chảy:42,5oC, rất háo nước, axit đậm đặc trong nước là dd sánh như nước đường và H3PO4 tan vô hạn trong nước.
Sự tạo thành liên kết hiđro giữa
phân tử axit với phân tử nước
Kiến trúc tinh thể
của phân tử axít
photphoric
II. Tính chất hoá học
1.Tính oxi hoá- khử:
- Khó bị khử ở nhiệt độ thường (<350-400oC)
- Ở nhiệt độ cao là chất oxi hoá yếu( có thể tác dụng với kim loại và đặc biệt tác dụng được với thạch anh và thuỷ tinh)
2.Tác dụng bởi nhiệt:
- Khi đun nóng đến 260oC: H3PO4  H4P2O7

- Khi đun đến 300oC:H4P2O7  HPO3

- Hai axít này tác dụng chậm với nước để chuyển thành axít ortho

Axit điphotphoric
Axit metaphotphoric
3. Tính axít
 Có độ mạnh trung bình, làm quỳ tím hoá đỏ, tác dụng với oxit bazơ, bazơ, muối, kim loại.
a. H3PO4 (orthophotphoric): Axít 3 nấc, độ mạnh trung bình.

- Trong dung dịch nước :
II. Tính chất hoá học

- Tác dụng với dung dịch kiềm: Tuỳ theo tỷ lệ số mol giữa axit và dung dịch kiềm ta thu được các muối khác nhau.
b. Axit điphotphoric (H4P2O7):
- Mạnh hơn axit orthophotphoric.
- Ta chỉ biết được 2 loại muối của axit điphotphoric: Đihiđrophotphat (H2P2O72-) và muối điphotphat trung hòa (P2O74-)
- Muối photphat trung hòa của kim loại kiềm là dễ tan.
c. Axit metaphotphoric: (HPO3)
- Mạnh hơn hai axit trên (H3PO4,H4P2O7)
- Dạng phổ biến: Axit trimetaphotphoric (HPO3)3 và axit tetraphotphoric (HPO3)4
- Muối metaphotphat của kim loại kiềm và Magiê là tan được trong nước.
Phương pháp phân biệt axit orthophotphoric với các axit đi và meta photphoric
Phản ứng giữa muối của chúng với dung dịch AgNO3

Làm đông lòng trắng trứng: metaphotphoric
còn lại là axit điphotphoric
III. Điều chế
1. Trong phòng thí nghiệm:


2. Trong công nghiệp: 2 phương pháp
a. Phương pháp trích ly:
Cho axit sufuric tác dụng
với quặng photphoric hoặc
apatit

Tách H3PO4 ra khỏi kết tủa, sau đó cô đặc dung dịch đến 1500C rồi làm lạnh để axít kết tinh, sản xuất axit photphoric bằng phương pháp này không tinh khiết.
Thiết bị chủ yếu dùng để cô đặc axit photphoric là: sục bọt và hút chân không.
+ Sục bọt: - Ưu điểm: nhanh chóng.
- Nhược điểm: tạo nhiều mùn axit.
+ Hút chân không: Có nhược điểm là tốn nhiều chì và kim loại chịu axit, điều kiện làm việc phức tạp, thiết bị dễ bị đọng kết tủa.











b. Phương pháp nhiệt luyện: Bằng cách oxi hoá photpho trong không khí.


P2O5
P
HPO3
H3PO4
+O2
+H2O
+H2O
Máy hút chân không
Công nghệ sản xuất photpho trắng
Phương pháp: Dùng than khử Ca3(PO4)2 ở nhiệt độ cao: 1400-16000C, Photpho tạo thành thăng hoa cùng với CO.
Ca3(PO4)2 + 5C + 2SiO2 2P + 5CO + 3Ca2SiO3
Sơ đồ sản xuất:

t0
Lò điện
Thiết bị ngưng tụ
Bể chứa
Thùng gia nhiệt
Sơ đồ lưu trình công nghệ sản xuất axit photphoric nhiệt luyện:
1: Thùng nấu chảy photpho; 2: Thùng cung ứng; 3: Thùng hoãn xung; 4: Vòi phun; 5: Buồng đốt; 6,9: Ống dẫn khí; 7: Tháp hydrat hoá; 8: Ống phun nước; 10: tháp lọc điện; 11: Điện cực ngưng tụ; 12: Điện cực phóng điện
H3PO4
P
P2O5
HPO3
H3PO4
IV. Ứng dụng
- Axít orthophotphoric tinh khiết được dùng trong công nghiệp dược phẩm.
- Axit orthophotphoric kỹ thụât sản xuất phân bón vô cơ (phân lân), hợp chất cơ photpho ( làm thuốc trừ sâu), nhuộm vải và để sản xuất men sứ.
- Nhang đậu tàn.
IV. Muối Photphat

Muối photphat trung hòa
Muối đihiđrophotphat
Muối hiđrophotphat
Muối photphat có 3 loại:

1.Tính chất vật lý:
- Các muối photphat không có màu. Tất cả các đihiđrophotphat đều dễ tan trong nước, các muối monohiđrôphtphat và photphat trung tính của kim loại kiềm NH4+ là dễ tan.
Bảng tóm tắt:
2.Tính chất hoá học
a. Phản ứng thuỷ phân:
- Muối photphat của kim loại kiềm thủy phân rất mạnh cho dd kiềm mạnh:

- Muối mono và đihiđrôphtphat thuỷ phân yếu hơn, dd Na2HPO4 có môi trường kiềm yếu, muối NaH2PO4 có môi trường axít yếu.



2. Tính chất hoá học
b. Phản ứng trao đổi:
- Tác dụng với muối khác.
- Tác dụng với dung dịch kiềm
- Tác dụng với axít (Axít tham gia là chất điện li mạnh hơn H3PO4 hoặc chính là H3PO4)
c. Một số phản ứng khác:

3.Nhận biết ion photphat
Ta nhận biết các muối photphat chủ yếu dựa vào tính tan.
Đối với muối PO43- người ta thường dùng Ag+ (AgNO3,…) vì sản phẩm có Ag3PO4 là kết tủa vàng tan trong axit.
3Ag+ + PO43- → Ag3PO4↓
Hoặc dùng Ba2+ vì tạo ↓ trắng:
Ba2+ + PO43- → Ba3(PO4)2↓
Ngoài ra người ta cũng dựa vào tính chất hóa học: tác dụng với axit, tác dụng với bazơ của muối photphat.
Mời cô và các bạn quan sát thí nghiệm.
Chúng ta xem lại kết quả thí nghiệm
4. Photphat ngưng tụ
a. Định nghĩa: Những photphat có trong phân tử hoặc ion của nó hơn một nguyên tử P và có liên kết P-O-P.
b. Phân loại: 2 loại
- Dạng mạch thẳng ( poliphotphat) chứa anion có công thức:
Ví dụ: M4P2O7 ( diphotphat hay pirophotphat)

4. Photphat ngưng tụ
- Photphat ngưng tụ mạch vòng hay metaphotphat mạch vòng chứa anion có công thức chung (PO3)nn-.
Ví dụ: Trimetaphotphat: M3P3O9 và tetrametaphotphat
M4P4O12
5. Ứng dụng và điều chế
Muối photphat của canxi và amoni được dùng làm phân bón, riêng Ca3(PO4)3 dùng làm thức ăn cho gia súc.
Na3PO4, NaH2PO4 được dùng làm mềm nước.
Muối Na4P2O7 dùng làm chất tẩy rửa, được tạo nên khi đun nóng muối Na2HPO4 ở 6000C:

Muối Na5P3O10 dùng làm bột giặc (45%) và làm mềm nước, được tạo nên khi đun nóng hh muối Na2HPO4 và NaH2PO4 ở 4200C:


5. Ứng dụng và điều chế
- Muối NaH2PO4 được đun đến gần 7000C biến thành chất nóng chảy, làm nguội nhanh ta thu được muối dạng thuỷ tinh gọi là Graham.
- Quá trình tạo muối Graham đi qua các giai đoạn sau:



- Ứng dụng: Dùng làm mềm nước phục vụ cho nồi hơi, cho công nghiệp thuộc da và công nghiệp dệt.
B. Phân lân
Niềm vui của những người nông dân !
Điều gì đã làm họ vui?
Câu trả lời ví sao người nông dân lại vui như thế.
Mùa màng bội thu
Trồng cây cho nhiều
trái to
Hoa quả tươi tốt
I. Vai trò của phân lân đối với cây trồng.
- Phân bón hoá học: Ph©n bãn ho¸ häc lµ nh÷ng ho¸ chÊt cã chøa c¸c nguyªn tè dinh d­ìng, ®­îc bãn cho c©y nh»m n©ng cao n¨ng suÊt c©y trång.
- Phân lân: Cung cấp P cho cây dưới dạng ion photphat PO43- .
- Tác dụng:
+ Thúc đẩy quá trình sinh hoá ở thời kì sinh trưởng của cây.
+ Làm cho cành lá khoẻ, hạt chắc.
+ Dinh dưỡng lân có quan hệ mật thiết với dinh dưỡng đạm (đóng vai trò như hệ thống đệm trong tế bào nhờ sự chuyển hoá của ion photphat)



 Cây được bón cân đối đạm – lân : phát triển tốt, khoẻ mạnh ít sâu bệnh, nhiều hoa, năng suất, phẩm chất nông sản tốt.
II. Các loại phân lân và cách sử dụng
1. Supe photphat (Supe lân):
- Có dạng bột màu sám trắng hay sẫm, với thành phần chính là muối tan được.
- Ưu điểm: Ngoài cung cấp lân, supe lân còn cung cấp lưu huỳnh và canxi.
- Nhược điểm: Có tính axít, không có lợi cho đất chua.
- Phân loại: Supe photphat đơn
Supe photphat kép.


1. Supe photphat (Supe lân):

a. Supe photphat đơn:
Chứa 14-20% P2O5
- Nguyên liệu: Quặng photphoric
hoặc apatit, axít sunfuric đặc.
- Cách điều chế: Trộn quặng photphoric hoặc apatit với dung dịch axít sunfuric đặc:
Ca3(PO4)3 + 2H2SO4  Ca(H2PO4)2 + 2CaSO4
 Thành phần chính là hỗn hợp: Canxi đihiđrôphtphat và thạch cao.

a. Supe photphat đơn:
- Các phản ứng phụ trong quá trình sản xuất supe photphat đơn:
CaCO3 + H2SO4  CaSO4 + H2O + CO2
MgCO3 + H2SO4  MgSO4 + H2O
Ca(H2PO4)2 + Fe2O3 + H2SO4  2FePO4 + CaSO4+3H2O
Ca(H2PO4)2 + Al2O3 + H2SO4 2AlPO4 + CaSO4 + 3H2O
- Các tạp chất này làm tiêu tốn một lượng axít sunfuric tạo muối khó tan. Đặc biệt oxít Fe, Al không những tiêu tốn một lượng axit mà còn tiêu tốn một lượng P2O5 tạo muối khó tan trong nước.

Qui trình tạo hạt của supe photphat đơn:

a
Nguyên liệu
Máy trộn
Phiễu chứa - máy tạo hạt
Máy sấy nóng
Phân loại
Thiết bị làm nguội
Phiễu chứa thành phẫm, đóng bao
Tiêu thụ
Kho
1. Supe photphat (Supe lân):

b. Supe photphat kép: (40-50%P2O5)
-Nguyên liệu: Quặng apatit hoặc
photphoric, axit sunfuric có nồng
độ trung bình.
- Cách điều chế: 2 giai đoạn
+ Giai đoạn 1: Điều chế axít photphoric
+ Giai đoạn 2: Cho axit photphoric tác dụng với quặng photphoric.
Ca3(PO4)2 + 3H2SO4  2H2PO4 + 3CaSO4
4H3PO4 + Ca3(PO4)2  3Ca(H2PO4)2
1. Supe photphat (Supe lân):
c. Cách sử dụng supe lân:
- Bón cho đất có môi trường trung tính, nếu đất quá chua thì bón vôi để đưa pH đến khoảng 6.5 trước khi bón phân lân.
- Dùng supe lân bón lót.
- Đối với đất trồng hoa màu nên dùng supe lân viên để hạn chế việc cố định lân trong đất.
- Đối với lúa nước nên bón phân trước khi bừa.
- Bón lân phải cân đối với đạm
2. Phân lân nung chảy
Là loại phân sản xuất bằng phương
pháp nhiệt , không dùng axít.
 Lân nung chảy có tinh thể nhỏ màu xanh hơi vàng, giốnh như thuỷ tinh nên còn gọi là phân lân thuỷ tinh, có thành phần P2O5 từ 15-16%.
 Ưu điểm: - Có tính kiềm, rất có lợi dùng trên đất chua.
- Chứa nhiều nguyên tố dinh dưỡng quan trọng (Ca, Mg và một lượng nhỏ Fe,Co,Mn, Cu…) có lợi cho cân bằng dinh dưỡng.
 Nhược điểm: Không có lưu huỳnh.

2. Phân lân nung chảy
- Nguyên liệu: Quặng apatit hay photphoric, đá Xà Vân: Magie silicat (3MgO.2SiO2.2H2O), than cốc.






- Cách điều chế: Nung hỗn hợp quặng apatit hay photphoric với đá Xà Vân bằng than cốc ở nhiệt độ trên 10000C trong lò đứng. Sản phẩm nóng chảy được làm nguội nhanh bằng nước lạnh để vỡ thành các hạt vụn, sau đó sấy khô và nghiền thành bột.
Apatit
than cốc
đá xà vân
Quá trình điều chế lân nung chảy
Apatit hay photphoric
Than cốc
Đá Xà Vân
Lò nung
Thiết bị làm nguội
Máy sấy
Máy nghiền
Thành phẩm
3. Phân DAP
- Là tên viết tắt của phân
Đi-amoni-photphat
((NH4)2HPO4)
- Là loại phân phức hợp 2 nguyên tố. Trong đó: N từ 16 – 18%; P2O5 từ 46 – 48%.
- DAP hoàn toàn tan trong nước. Có thể dùng DAP bón lót thay đạm sunfat và supe lân với phân chuồng.
- Có tác dụng cải tạo đất, cần bổ sung lưu huỳnh
 Cách điều chế
Nguyên liệu: Quặng apatit hay photphoric và NH3
Điều chế: 2 giai đoạn
+ Điều chế axít photphoric
+ Trung hòa axít photphoric bằng amoniac
Các phương trình phản ứng:
Ca3(PO4)3 + 3H2SO4  2H3PO4 + 3CaSO4
H3PO4 + 2NH3  (NH4)2HPO4
Trước khi dùng phân bón
Sau khi dùng phân bón
Câu hỏi củng cố bài
Câu 1: Chọn phát biểu sai ?
Supe lân không ảnh hưởng đến pH của đất.
Amophot là hỗn hợp 2 muối: (NH4)2HPO4, NH4H2PO4.
Ta có thể dùng lòng trắng trứng để phân biệt axit metaphotphoric và điphotphoric.
Axít sunfuric dùng điều chế supe phophat đơn là axit có độ mạnh trung bình.
Đáp án:
Axít sunfuric dùng điều chế supe photphat đơn là axit đặc.
Axít sunfuric dùng điều chế H3PO4, supe photphat kép có nồng độ trung bình.
D
Câu 2: Ghép tên các loại phân bón ở cột I cho phù hợp với thành phần các chất chủ yếu có trong phân nó ở cột II ?
Cột I Cột II

A. Amophot
B. Urê
C. Supe photphat đơn
D. Supe photphat Kép
1.(NH2)2CO
2.NH4NO3
3. Ca(H2PO4)2
4. KNO3
5. Ca3(PO4)2
6. (NH4)2HPO4,NH4H2PO4
7. Ca(H2PO4)2, CaSO4
8.(NH4)2HPO4
Câu 3: Cho 400ml dung dịch NaOH 1M tác dụng với 0.2 mol H3PO4. Dung dịch sau phản ứng có tinh chất?
A. Môi trường kiềm yếu
B. Môi trường axit yếu
C. Môi trường kiềm mạnh
D. Môi trường trung tính
 Muối Na2HPO4. Phương trình phản ứng:
2NaOH + H3PO4  Na2HPO4 +2H2O
Muối Na2HPO4 bị thuỷ phân tương đối yếu:
Na2HPO4 + H2O  NaOH + NaH2PO4
Nhưng mạnh hơn quá trình phân li axit của ion HPO42- :
HPO42- + H2O  H3O+ + PO43-
Vậy, dung dịch Na2HPO4 có môi trường kiềm yếu.
Câu 4: Tại sao supe photphat dạng hạt sử dụng phổ biến hơn supe photphat dạng bột?
Trong đất bao giờ cũng chứa những hợp chất nhôm, sắt hoá trị III, là những muối của axit photphoric có độ hoà tan rất nhỏ. Do đó khi bón vào đất thì một phần muối của axit photphoric ít nhiều sẽ kết hợp với ion sắt và nhôm làm cho cây không hấp thụ được. Diện tích tiếp xúc của supe photphat hạt với đất nhỏ hơn supe photphat bột rất nhiều, vì vậy mà phản ứng của chúng với những hợp chất của nhôm, sắt trong đất diễn ra chậm hơn.
Câu 5: Chọn câu đúng
A. Axit photphoric phân li theo 3 nấc nên axit photphoric là một điaxit.
B. Axit photphoric có tính oxi hoá mạnh nhưng yếu hơn HNO3.
C. Axit photphoric yếu hơn axit cacbonic
D. Tất cả đều sai.
Cám ơn cô và các bạn đã lắng nghe!