Xin chào các em học sinh lớp 11 yêu quý! Hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau đi sâu vào một dạng bài tập rất quan trọng trong chương trình Hóa học, đó là phản ứng của axit photphoric (H3PO4) với các bazơ mạnh. Dạng bài này thường xuất hiện trong các đề kiểm tra và thi cử, vì vậy, nắm vững cách giải sẽ giúp các em tự tin hơn rất nhiều.

Thầy sẽ hướng dẫn các em phân tích từng trường hợp cụ thể. Lưu ý rằng, H3PO4 là một axit đa chức, có ba nấc axit với độ mạnh giảm dần, do đó, nó có thể phản ứng với bazơ theo nhiều tỉ lệ khác nhau, tạo ra các muối photphat trung hòa hoặc axit.

Chúng ta sẽ xét các phản ứng sau đây:

Trường hợp 1: H3PO4 + KOH (dư)

Phân tích:
Ở đây, KOH dư, nghĩa là tỉ lệ mol KOH so với H3PO4 lớn. KOH là một bazơ mạnh, có khả năng phản ứng với cả ba nguyên tử hiđro trong phân tử H3PO4. Khi KOH dư, phản ứng sẽ xảy ra hoàn toàn theo chiều tạo thành muối photphat trung hòa.

Bước 1: Xác định số mol H trong H3PO4 và số mol OH trong KOH.
H3PO4 có 3 nguyên tử H có tính axit.
KOH có 1 nhóm OH-.

Bước 2: Xét tỉ lệ mol phản ứng.
Vì KOH dư, nghĩa là mol KOH > mol H3PO4 x 3.
Phản ứng sẽ ưu tiên tạo muối có số mol K lớn nhất.

Bước 3: Viết phương trình phản ứng.
H3PO4 thể hiện đầy đủ tính axit của mình.
H3PO4 + 3KOH -> K3PO4 + 3H2O

Bước 4: Xác định sản phẩm.
Sản phẩm thu được là kali photphat (K3PO4) và nước.

Lý do áp dụng: Khi bazơ dư tác dụng với axit đa chức, phản ứng sẽ tạo ra muối trung hòa.

Trường hợp 2: H3PO4 (dư) + NaOH

Phân tích:
Trong trường hợp này, H3PO4 dư, nghĩa là tỉ lệ mol H3PO4 so với NaOH lớn. NaOH là một bazơ mạnh. Do tính axit của H3PO4 có ba nấc, NaOH sẽ phản ứng lần lượt với các nguyên tử hiđro. Khi H3PO4 dư, phản ứng chỉ dừng lại ở việc tạo thành muối axit hoặc muối trung gian.

Bước 1: Xác định tỉ lệ mol H3PO4 và NaOH.
Vì H3PO4 dư, nghĩa là mol H3PO4 > mol NaOH.
NaOH sẽ phản ứng với H3PO4 theo tỉ lệ mol tương ứng với các nấc axit.

Bước 2: Xét các khả năng phản ứng.
Vì H3PO4 dư, NaOH sẽ phản ứng với một hoặc hai nguyên tử hiđro của H3PO4.
Nếu mol NaOH < mol H3PO4: Có thể tạo muối NaH2PO4. Nếu mol H3PO4 < mol NaOH < 2 mol H3PO4: Có thể tạo muối Na2HPO4. Tuy nhiên, đề bài cho H3PO4 dư, nên NaOH sẽ phản ứng với một lượng H3PO4 nhỏ hơn để tạo muối axit. Bước 3: Viết phương trình phản ứng. NaOH phản ứng với H3PO4 theo tỉ lệ 1:1 để tạo muối natri đihidrophotphat. H3PO4 + NaOH -> NaH2PO4 + H2O

Bước 4: Xác định sản phẩm.
Sản phẩm thu được là natri đihidrophotphat (NaH2PO4) và nước.

Lý do áp dụng: Khi axit dư tác dụng với bazơ, bazơ sẽ phản ứng với axit theo tỉ lệ mol nhỏ nhất để tạo muối axit.

Trường hợp 3: H3PO4 (dư) + Ca(OH)2

Phân tích:
Tương tự trường hợp trên, H3PO4 dư. Tuy nhiên, Ca(OH)2 là một bazơ có khả năng tạo kết tủa với các ion photphat. Ca(OH)2 là bazơ mạnh.

Bước 1: Xác định tỉ lệ mol H3PO4 và Ca(OH)2.
Vì H3PO4 dư, nghĩa là mol H3PO4 > mol Ca(OH)2.
Ca(OH)2 sẽ phản ứng với H3PO4 theo tỉ lệ mol tương ứng với các nấc axit.

Bước 2: Xét các khả năng phản ứng.
Ca(OH)2 có thể phản ứng với H3PO4 để tạo ra các muối canxi photphat khác nhau: Ca(H2PO4)2, CaHPO4, Ca3(PO4)2.
Vì H3PO4 dư, Ca(OH)2 sẽ phản ứng với một lượng nhỏ H3PO4. Tỉ lệ mol Ca(OH)2 so với H3PO4 là 1:1 hoặc 1:2 (tính theo H3PO4).
Nếu tỉ lệ mol Ca(OH)2 : H3PO4 = 1:2 (tức là 1 mol Ca(OH)2 với 2 mol H3PO4) thì sẽ tạo thành Ca(H2PO4)2.
Phương trình: 2H3PO4 + Ca(OH)2 -> Ca(H2PO4)2 + 2H2O

Bước 3: Viết phương trình phản ứng.
Ca(OH)2 phản ứng với H3PO4 theo tỉ lệ 1:2 để tạo muối canxi đihidrophotphat.
2H3PO4 + Ca(OH)2 -> Ca(H2PO4)2 + 2H2O

Bước 4: Xác định sản phẩm.
Sản phẩm thu được là canxi đihidrophotphat (Ca(H2PO4)2) và nước.

Lý do áp dụng: Khi axit dư tác dụng với bazơ, bazơ sẽ phản ứng với axit theo tỉ lệ mol nhỏ nhất để tạo muối axit. Trong trường hợp này, với tỉ lệ mol phù hợp, muối axit được tạo thành là Ca(H2PO4)2.

Trường hợp 4: H3PO4 + Ba(OH)2

Phân tích:
Trong trường hợp này, không có thông tin về việc chất nào dư. Do đó, chúng ta cần xét tất cả các trường hợp có thể xảy ra, dựa trên tỉ lệ mol. Ba(OH)2 là một bazơ mạnh và các muối bari photphat đều không tan (trừ bari đihidrophotphat).

Khả năng 1: Tỉ lệ mol H3PO4 : Ba(OH)2 = 1:1
Phản ứng xảy ra theo tỉ lệ mol 1:1 để tạo muối axit.
H3PO4 + Ba(OH)2 -> Ba(H2PO4)2 + 2H2O

Khả năng 2: Tỉ lệ mol H3PO4 : Ba(OH)2 = 1:2
Phản ứng xảy ra theo tỉ lệ mol 1:2 để tạo muối trung gian.
H3PO4 + 2Ba(OH)2 -> BaHPO4 + Ba(H2PO4)2 (Hỗn hợp muối) – Trường hợp này ít gặp hơn.
Nếu chúng ta giả định phản ứng xảy ra theo từng nấc, thì NaOH sẽ phản ứng với 1 mol H3PO4 tạo NaH2PO4, sau đó NaH2PO4 tiếp tục phản ứng với NaOH tạo Na2HPO4. Tương tự với Ca(OH)2 và Ba(OH)2.

Tuy nhiên, cách tiếp cận phổ biến và đơn giản nhất khi đề bài không cho tỉ lệ cụ thể là xét trường hợp phản ứng tạo muối trung hòa, nếu có thể.
Nếu tỉ lệ H3PO4 : Ba(OH)2 = 2:3 (tạo muối trung hòa)
2H3PO4 + 3Ba(OH)2 -> Ba3(PO4)2 (kết tủa) + 6H2O

Lý do áp dụng: Khi không rõ tỉ lệ mol, cần xét các khả năng phản ứng khác nhau. Tuy nhiên, với Ba(OH)2, việc tạo kết tủa bari photphat là rất quan trọng.

Trong thực tế, khi gặp bài tập này mà không cho tỉ lệ, các em cần làm rõ đề bài hoặc xét các trường hợp có thể xảy ra. Tuy nhiên, nếu đề bài chỉ đơn giản là “H3PO4 + Ba(OH)2”, và không có thông tin gì thêm, thì ta có thể hiểu là có khả năng xảy ra phản ứng tạo muối trung hòa, đặc biệt khi các muối bari photphat đều không tan hoặc ít tan.

Để giải quyết một cách toàn diện, chúng ta cần xét tỉ lệ mol. Giả sử các trường hợp tỉ lệ mol phổ biến:

TH1: Tỉ lệ mol H3PO4 : Ba(OH)2 = 1:1
H3PO4 + Ba(OH)2 -> Ba(H2PO4)2 + 2H2O
Sản phẩm: Bari đihidrophotphat và nước. (Ba(H2PO4)2 tan)

TH2: Tỉ lệ mol H3PO4 : Ba(OH)2 = 1:2
Phản ứng này khó xảy ra một cách đơn lẻ vì sẽ tạo ra hỗn hợp hoặc phản ứng tiếp. Tuy nhiên, nếu chỉ xét theo nấc axit, thì:
H3PO4 + Ba(OH)2 -> BaHPO4 + 2H2O (với 1 mol Ba(OH)2 phản ứng với H3PO4 theo tỉ lệ 1:1, tạo BaHPO4)
hoặc
2H3PO4 + 2Ba(OH)2 -> BaHPO4 + Ba(H2PO4)2 + 4H2O (hỗn hợp muối)

TH3: Tỉ lệ mol H3PO4 : Ba(OH)2 = 2:3
Đây là tỉ lệ để tạo thành muối trung hòa hoàn toàn.
2H3PO4 + 3Ba(OH)2 -> Ba3(PO4)2↓ + 6H2O
Sản phẩm: Bari photphat (kết tủa) và nước.

Lý do áp dụng: Đối với H3PO4 tác dụng với bazơ mạnh, sản phẩm phụ thuộc vào tỉ lệ mol. Với Ba(OH)2, sự tạo thành kết tủa bari photphat là một yếu tố cần lưu ý.

Hy vọng với những phân tích chi tiết này, các em đã nắm vững cách giải các dạng bài tập liên quan đến phản ứng của axit photphoric với bazơ. Hãy luyện tập thêm nhiều bài tập khác để củng cố kiến thức nhé! Chúc các em học tốt!