Как из P2O5 получить H3PO4: уравнение

Ортофосфорная кислота H3PO4 широко используется в промышленности для производства удобрений, моющих средств, пищевых добавок и другой продукции. Одним из способов ее получения является взаимодействие оксида фосфора(V) P2O5 с водой.

Химические свойства P2O5

Оксид фосфора(V) представляет собой белое снегообразное вещество, которое активно поглощает влагу из воздуха и является сильным окислителем. При взаимодействии с водой P2O5 образует ортофосфорную кислоту:

P2O5 + 3H2O → 2H3PO4

Эта реакция протекает бурно, сопровождается сильным разогревом и даже воспламенением смеси. Поэтому для безопасного получения H3PO4 из P2O5 необходимо строго контролировать скорость подачи воды в реакционную смесь.

Уравнение реакции

Уравнение реакции получения ортофосфорной кислоты из оксида фосфора(V) имеет вид:

P2O5 + 3H2O → 2H3PO4

Согласно стехиометрическим соотношениям, на 1 моль P2O5 требуется 3 моля H2O, при этом образуется 2 моля ортофосфорной кислоты H3PO4.

Технологический процесс

В промышленности реакцию проводят в специальных камерах гидратации при температуре около 50-70°С. Процесс состоит из следующих стадий:

  1. Подача исходного P2O5 в камеру гидратации
  2. Медленная подача водяного пара в камеру и взаимодействие с P2O5
  3. Вывод образовавшейся ортофосфорной кислоты из камеры
  4. Нейтрализация, очистка и концентрирование H3PO4

Для предотвращения бурного протекания процесса скорость подачи пара тщательно контролируется. Кроме того, важно обеспечить эффективное перемешивание и отвод тепла из реакционной зоны.

Лабораторные способы

В лаборатории ортофосфорную кислоту из P2O5 можно получить в два этапа:

  1. Приливание небольшого количества воды к навеске P2O5
  2. Последующее постепенное разбавление образовавшегося раствора H3PO4

Для предотвращения бурного протекания реакции на первом этапе берут минимальное количество воды. Процесс проводят в вытяжном шкафу при перемешивании и охлаждении.

Полученную ортофосфорную кислоту используют для синтеза фосфатов, производства удобрений и других целей.

Требования к сырью

Для получения ортофосфорной кислоты хорошего качества важно использовать оксид фосфора(V) высокой степени чистоты. Основные примеси в техническом P2O5: оксиды мышьяка, сурьмы, хрома, ванадия, железа и др. Присутствие этих примесей приводит к ухудшению свойств целевого продукта.

Вода, используемая в процессе, также должна иметь высокую степень чистоты. Особенно опасно присутствие ионов тяжелых металлов, хлоридов, сульфатов.

Методы очистки H3PO4

После реакции P2O5 с водой полученная ортофосфорная кислота содержит различные примеси, поэтому требуется очистка:

  • Фильтрование горячего раствора
  • Осаждение примесей с помощью флокулянтов
  • Экстракция органическими растворителями
  • Ионообменная очистка на специальных смолах

Выбор методов очистки зависит от природы примесей и требований к чистоте целевого продукта.

Техника безопасности

Работа с P2O5 и ортофосфорной кислотой требует строгого соблюдения правил техники безопасности:

  • Использование средств индивидуальной защиты (очки, перчатки, фартук)
  • Проведение процесса в вытяжном шкафу
  • Организация automated emergency shutdown систем
  • Наличие нейтрализующих растворов и систем пожаротушения

При контакте P2O5 или H3PO4 с кожей возможны серьезные химические ожоги. Пары кислоты также обладают раздражающим действием.

Хранение готовой продукции

Готовую ортофосфорную кислоту хранят в стальных или полиэтиленовых емкостях. Оптимальная температура хранения 10-25°С. При замораживании раствора происходит выпадение кристаллогидратов.

Срок хранения зависит от концентрации кислоты. Разбавленные растворы (10-30%) можно хранить до 1 года, более концентрированные - 3-6 месяцев.

Теперь понятно, как из P2O5 получить H3PO4.

Комментарии