Фосфат кальция

Характеристики и физические свойства фосфата кальция

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Фосфат кальция представляет собой порошок белого цвета (рис. 1) очень плохо растворимый в воде.

Существует в виде двух полиморфных модификаций: моноклинной и гексагональной.

Рис. 1. Фосфат кальция. Внешний вид.

Основные характеристики фосфата кальция приведены в таблице ниже:

Молекулярная формула	Ca₃(PO₄)₂
Молярная масса, г/моль	310
Плотность, г/см³	2,81
Температура плавления, ^oС	>1200
Растворимость в воде (20^oС), % (масс.)	0,0025

Получение фосфата кальция

Лабораторные способы получения фосфата кальция предполагают действие ортофосфорной кислоты на соли кальция (1) или гидроксид кальция (2):

3CaCO₃ + 2H₃PO₄ = Ca₃(PO₄)₂ + 3CO₂↑ + 3H₂O (1);

3Ca(OH)₂ + 2H₃PO₄ = Ca₃(PO₄)₂ + 6H₂O (2).

Химические свойства фосфата кальция

Фосфат кальция – это средняя соль, образованная сильным основанием – гидроксидом кальция (Ca(OH)₂) и слабой кислотой – ортофосфорной (H₃PO₄). В водном растворе гидролизуется. Гидролиз протекает по аниону (теоретически возможны вторая и третья ступень). Наличие анионов ОН^— свидетельствует о щелочном характере среды.

Первая ступень:

Ca₃(PO₄)₂↔ 3Ca²⁺ + 2PO₄^3-;

3Ca²⁺ + 2PO₄^3- + HOH ↔ HPO₄^2- + 3Ca²⁺ + OH^—;

Ca₃(PO₄)₂ + HOH ↔ CaHPO₄ + Ca(OH)₂.

Вторая ступень:

CaHPO₄ ↔ Ca²⁺ + HPO₄^2-;

Ca²⁺ + HPO₄^2- + HOH ↔ H₂PO₄^— + Ca²⁺ + OH^—;

CaHPO₄ + HOH ↔ Ca(H₂PO₄)₂ + Ca(OH)₂.

Третья ступень:

Ca(H₂PO₄)₂ ↔ Ca²⁺ + H₂PO₄^—;

Ca²⁺ + H₂PO₄^— + HOH ↔ H₃PO₄ + Ca²⁺ + OH^—;

Ca(H₂PO₄)₂ + HOH ↔ H₃PO₄ + Ca(OH)₂.

Для фосфата кальция характерны все свойства солей:

— взаимодействие с сильными минеральными кислотами

Ca₃(PO₄)₂ + 6HCl = 3CaCl₂ + 2H₃PO₄;

— взаимодействие с солями, в результате которого одним из продуктов реакции является нерастворимое в воде соединение

Ca₃(PO₄)₂ + 3Li₂SO₄ = 2Li₃PO₄↓ + 3CaSO₄;

— разложение при нагревании

Ca₃(PO₄)₂ = P₂O₅ + 3CaO.

Применение фосфата кальция

Фосфат кальция нашел применение в качестве добавки при производстве кормов для КРС и домашних птиц. Его используют при производстве минеральных удобрений, керамики и стекла. В пищевой промышленности фосфат кальция известен как добавка Е341 – разрыхлитель.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

Вычислите массу фосфата кальция, который может прореагировать с концентрированным раствором соляной кислоты объемом 100 мл (массовая доля HCl 34%, плотность 1,168 кг/л).

Решение

Запишем уравнение реакции:

Ca₃(PO₄)₂ + 6HCl = 3CaCl₂ + 2H₃PO₄.

Найдем массу раствора соляной кислоты, а также массу растворенного вещества HCl в нем:

m_solution =V_solution × ρ;

m_solution =0,1 × 1,168 = 0,1168 кг = 116,8г.

ω = m_solute / m_solution × 100%;

m_solute = ω / 100% ×m_solution;

m_solute (HCl) = ω (HCl) / 100% ×m_solution;

m_solute (HCl) = 34 / 100% × 116,8 = 39,712 г.

Рассчитаем количество моль соляной кислоты (молярная масса равна 36,5 г/моль):

n = m / M;

n(HCl) = m (HCl) / M (HCl);

n (HCl) = 39,712 / 36,5 = 1,088 моль.

Согласно уравнению реакции n (HCl) :n (Ca₃(PO₄)₂) =6: 1. Значит,

n(Ca₃(PO₄)₂) = 1/6 ×n(HCl) = 1/6 ×1,088 = 0,2 моль.

Тогда масса фосфата кальция, вступившего в реакцию будет равна (молярная масса – 310 г/моль):

m = n × M;

m (Ca₃(PO₄)₂) = n (Ca₃(PO₄)₂)× M (Ca₃(PO₄)₂);

m (Ca₃(PO₄)₂) = 0,2× 310 = 62г.

Ответ

Масса фосфата кальция равна 62 г.

ПРИМЕР 2

Задание

Какая масса оксида фосфора (V) образуется в ходе реакции термического разложения фосфата кальция массой 46 г?

Решение

Запишем уравнение реакции термического разложения фосфата кальция:

Ca₃(PO₄)₂ = P₂O₅ + 3CaO.

Рассчитаем количество вещества фосфата кальция (молярная масса – 310 г/моль):

n = m / M;

n(Ca₃(PO₄)₂) = m (Ca₃(PO₄)₂) / M (Ca₃(PO₄)₂);

n (Ca₃(PO₄)₂) = 46 / 310= 0,12моль.

Согласно уравнению реакции n(Ca₃(PO₄)₂) :n(P₂O₅) =1:1 . Тогда количество моль оксида фосфора (V) будет равно:

n(P₂O₅) = n (Ca₃(PO₄)₂) = 0,12моль.

Найдем массу образовавшегося оксида фосфора (V) (молярная масса – 284 г/моль):

m= n× M;

m(P₂O₅)= n(P₂O₅)× M(P₂O₅) = 0,12× 284 = 34,08г.