正磷酸简称为磷酸,它是由一个单一的磷氧四面体构成的见图13-10。在磷酸分子中P原子是sp3杂化的,三个杂化轨道与氧原子之间形成三个σ键,另一个P—O键是由一个从磷到氧的σ配键和两个由氧到磷的d-pπ配键组成的。σ配键是磷原子上一对孤电子对与氧原子的空轨道所形成,同时由于这个氧原子的py、pz轨道上还有两对孤电子对,而磷原子又有dxy、dxz空轨道可以重迭形成d-pπ配键。d-pπ配键很弱,因为磷原子3d能级比氧原子的2p能级高很多,组成的分子轨道不是很有效的,所以P—O键从键的数目来看是三重键(磷酸分子的结构(硫酸分子结构也是类似情况),目前尚无定论,看法较多,现按徐光宪著《物质结构》书中的看法加以讨论),但从键能和键长来看是介于单键和双键之间。
Ca3(PO4)2+3H2SO4=2H3PO4+3CaSO4
这样制得的磷酸很不纯,但可用于制造肥料。纯的磷酸可用黄磷燃烧生成P4O10,再用水吸收而制得。纯净的磷酸为无色晶体,熔点315K,加热磷酸时逐渐脱水生成焦磷酸、偏磷酸,因此磷酸没有自身的沸点。磷酸能与水以任何比相混溶。市售磷酸是粘稠的浓溶液(含量约85%)。磷酸是一种无氧化性的不挥发的三元弱酸。在298K时,K1=7.5×10(-3次方),K2=6.2×10(-8次方),K3=2.2×10(-13次方)。
磷酸还具有强的配位能力,能与诈多金属离子形成可溶性配合物;浓磷酸能溶解惰性金属如钨、锆以及硅、硅化铁等,与它们生成配合物。在高温时铬铁矿、金红石、钛铁矿等都能被磷酸分解。
正磷酸是一个三元酸,能生成三个系列的盐:M3PO4、M2HPO4和MH2PO4。在这些化合物中磷酸根是以单个的PO43-四面体的形式存在的。所有的磷酸二氢盐都易溶于水,而磷酸一氢盐和正盐除了K+、Na+和NH4+离子的盐外,一般不溶于水。这些盐在水中都能发生不同程度的水解,Na3PO4的水溶液呈较强碱性,可用做洗涤剂。Na2HPO4水溶液呈弱碱性,而NaH2PO4的水溶液呈弱酸性。磷酸二氢钙是重要的磷肥,用适量的硫酸处理磷酸钙
Ca3(PO4)2+2H2SO4=2CaSO4+Ca(H2PO4)2
所生成的混合物叫做过磷酸钙,可直接用做肥料,其中有效成分磷酸二氢钙溶于水,易被植物吸收。