Trả lời nhanh
H3PO4 là axit yếu, ba nấc nên điện li thuận nghịch (dấu ⇌) theo từng nấc: H3PO4 ⇌ H+ + H2PO4–; H2PO4– ⇌ H+ + HPO42-; HPO42- ⇌ H+ + PO43-. Nấc sau luôn yếu hơn nấc trước, nên không được gộp thành một phương trình duy nhất.
Phương trình điện li của H3PO4 trong nước
Axit photphoric có 3 nguyên tử H gắn với oxi, mỗi nguyên tử có thể phân li ra H+. Vì là chất điện li yếu, quá trình xảy ra từng bước và thuận nghịch:
- Nấc 1: H3PO4 ⇌ H+ + H2PO4– (Ka1 ≈ 7,5.10-3, pKa1 ≈ 2,15)
- Nấc 2: H2PO4– ⇌ H+ + HPO42- (Ka2 ≈ 6,2.10-8, pKa2 ≈ 7,20)
- Nấc 3: HPO42- ⇌ H+ + PO43- (Ka3 ≈ 4.10-13, pKa3 ≈ 12,4)
Các giá trị Ka ở trên là số gần đúng ở 25 °C, mỗi tài liệu có thể làm tròn hơi khác nhau; bài thi phổ thông thường chỉ cần bạn viết đúng các nấc và dấu thuận nghịch.
Vì sao phải viết thuận nghịch và theo từng nấc?
Ka1 chỉ cỡ 10-3, tức H3PO4 chỉ điện li một phần. Ion H2PO4– mang điện tích âm nên khó nhả thêm H+ hơn phân tử trung hoà; HPO42- còn khó hơn nữa. Vì vậy Ka1 ≫ Ka2 ≫ Ka3.
Hệ quả: trong dung dịch H3PO4 loãng, thứ tự nồng độ các tiểu phân là:
[H3PO4] > [H+] ≳ [H2PO4–] > [HPO42-] > [PO43-]
(với dung dịch không quá loãng; [H+] gần bằng [H2PO4–] vì nấc 1 là nguồn H+ chủ yếu). Dung dịch có tổng cộng 5 loại tiểu phân ngoài nước và OH–: H3PO4, H+, H2PO4–, HPO42-, PO43-.
Điện li của các muối photphat
Muối tan là chất điện li mạnh nên dùng mũi tên một chiều (→). Nếu gốc axit còn H thì ion đó tiếp tục điện li yếu.
| Muối | Phương trình điện li |
|---|---|
| Na3PO4 | Na3PO4 → 3Na+ + PO43- |
| Na2HPO4 | Na2HPO4 → 2Na+ + HPO42-; sau đó HPO42- ⇌ H+ + PO43- (rất yếu) |
| NaH2PO4 | NaH2PO4 → Na+ + H2PO4–; sau đó H2PO4– ⇌ H+ + HPO42- |
| (NH4)3PO4 | (NH4)3PO4 → 3NH4+ + PO43- |
Lưu ý: Ca3(PO4)2 gần như không tan nên không viết phương trình điện li trong chương trình phổ thông; Ca(H2PO4)2 (thành phần của supephotphat) tan được: Ca(H2PO4)2 → Ca2+ + 2H2PO4–.
Ví dụ tính nồng độ H+ (số liệu tự đặt)
Đề: Tính [H+] và pH của dung dịch H3PO4 0,1M, biết Ka1 = 7,5.10-3; bỏ qua nấc 2 và 3.
Giải: Gọi x là nồng độ H+ do nấc 1 tạo ra.
- Cân bằng: [H+] = [H2PO4–] = x; [H3PO4] = 0,1 − x.
- Ka1 = x²/(0,1 − x) = 7,5.10-3 ⇒ x² + 7,5.10-3x − 7,5.10-4 = 0.
- Giải phương trình, lấy nghiệm dương: x ≈ 0,0239 M.
- pH = −lg(0,0239) ≈ 1,62.
Độ điện li nấc 1: α ≈ 0,0239/0,1 ≈ 23,9%. Kiểm tra: nấc 2 chỉ tạo thêm khoảng 6.10-8 M (vì [HPO42-] ≈ Ka2), quá nhỏ so với 0,0239 nên bỏ qua là hợp lí.
Mẹo: không dùng gần đúng x ≪ 0,1 ở đây, vì x chiếm gần 24% nồng độ ban đầu, sai số sẽ lớn.
Lỗi thường gặp
- Viết gộp H3PO4 → 3H+ + PO43-: sai về bản chất, vì ba nấc có mức độ điện li rất khác nhau. Phương trình tổng cộng chỉ dùng khi đề yêu cầu tính tổng quát, và vẫn phải dùng dấu ⇌.
- Dùng mũi tên một chiều cho H3PO4: sai vì đây là chất điện li yếu.
- Quên điện tích: H2PO4– mang 1−, HPO42- mang 2−, PO43- mang 3−. Số điện tích bằng số H đã mất đi.
- Nhầm với HNO3 (axit mạnh, một nấc): HNO3 → H+ + NO3–.
Mẹo nhớ: “mất 1 H thì thêm 1 dấu trừ” – H3PO4 mất 1 H thành H2PO4–, mất 2 H thành HPO42-, mất 3 H thành PO43-.
Bài luyện tập
- Viết phương trình điện li của K3PO4 và KH2PO4 trong nước.
- Dung dịch H3PO4 loãng chứa bao nhiêu loại tiểu phân (không kể H2O và OH–)?
- Trong dung dịch H3PO4 0,1M, ion nào có nồng độ nhỏ nhất: H2PO4–, HPO42- hay PO43-?
Đáp án:
- K3PO4 → 3K+ + PO43-; KH2PO4 → K+ + H2PO4–, rồi H2PO4– ⇌ H+ + HPO42-.
- 5 loại: H3PO4, H+, H2PO4–, HPO42-, PO43-.
- PO43-, vì nó chỉ sinh ra ở nấc 3 có Ka3 cực nhỏ (~10-13).
Cùng chuyên đề: Bài nằm trong mục lục Các phương trình hóa học thường gặp: tổng hợp hơn 300 phản ứng có cân bằng. Bài trước: Phương trình điện li của Al2(SO4)3: cách viết, tính nồng độ ion và bài tập. Bài sau: Phương trình điện li của HNO3: viết đúng, giải thích và bài tập.
Câu hỏi thường gặp
H3PO4 là chất điện li mạnh hay yếu?
H3PO4 là chất điện li yếu (axit trung bình–yếu), chỉ phân li một phần trong nước nên phương trình điện li dùng dấu thuận nghịch ⇌.
H3PO4 điện li mấy nấc?
Ba nấc, ứng với việc lần lượt tách 3 ion H+ để tạo H2PO4-, HPO4(2-) và PO4(3-). Hằng số Ka giảm mạnh theo từng nấc.
Có được viết H3PO4 ⇌ 3H+ + PO4(3-) không?
Không nên. Phương trình này che đi việc điện li diễn ra theo từng nấc với mức độ rất khác nhau. Khi làm bài cần viết riêng từng nấc.
Điện li của NaH2PO4 viết thế nào?
NaH2PO4 → Na+ + H2PO4- (điện li hoàn toàn), sau đó anion H2PO4- điện li yếu: H2PO4- ⇌ H+ + HPO4(2-).