Question

说明H3PO4溶液中存在哪几种离子？按各种离子的浓度的大小排顺序。其中H3O+浓度是否为PO4 3-浓度的3倍？

Answer 1

H3PO4溶液中存在H+离子、H2PO4-离子、HPO42-离子与PO43-离子。其中H3O+浓度大于PO4
3-浓度的3倍。
当pH逐渐增大时，磷酸及磷酸二氢根、磷酸一氢根离子的电离度都会逐渐增大。
在无机化学中，pH与一对儿共轭酸碱对浓度比的关系：
pH＝pKa－lg[共轭酸]/[共轭碱]
所以，当共轭酸的浓度等于共轭碱的浓度时，pH＝该共轭酸的pKa
磷酸的三个电离常数负对数（pKa）分别为：2.1，7.2，12.3
也就是说当pH＝2.1时，磷酸分子和磷酸二氢根的浓度相等的。
当pH＝7.2时，磷酸二氢根与磷酸一氢根的浓度是相等的。
可以大约知道pH＝4时，磷酸中主要是磷酸二氢根。
分析化学中三元弱酸的分布公式为
M
=
[H+]^3+[H+]^2Ka1+[H+]Ka1Ka2+Ka1Ka2Ka3
x3
=
[H3A]/c=
[H+]^3/M
x2
=
[H2A-]/c=
[H+]^2Ka1/M
x1
=
[HA2-]/c=
[H+]Ka1Ka2/M
x0
=
[A3-]/c=Ka1Ka2Ka3/M
其中x2表示磷酸二氢根，x1表示磷酸一氢根，x0表示磷酸根。
[H+]表示氢离子浓度，也就是10^(-pH)
Ka1=10^(-pKa1),Ka2=10^(-pKa2),Ka3=10^(-pKa3)
通过计算，可以得到
当pH＝4时，阴离子的种类主要是磷酸二氢根（占总含磷微粒的98.6%）。

Answer 2

由于H3PO4按以下分步电离：
H3PO4 =（可逆） H2PO4(-) + H+，
H2PO4(-) =（可逆） HPO4(2-) + H+，
HPO4(2-) =（可逆） PO4(3-) + H+，
且电离度（均远小于50%）依次减小，再算上水电离的极少量OH-，有
c(H+)>c(H2PO4(-))>c(HPO4(2-))>c(PO4(3-))>c(OH-)，且c(H+)>3c(PO4(3-))。
====
[原创回答团]