Номер 244, страница 218 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.244. Фосфор массой 9,3 г прореагировал при нагревании с избытком хлора. Полученный хлорид растворили в 700 г 20%-го раствора гидроксида калия. Определите массовые доли веществ в полученном растворе.

Дано:

$m(P) = 9.3 \text{ г}$

$m(\text{р-ра } KOH) = 700 \text{ г}$

$w(KOH) = 20\% = 0.20$

Найти:

$w(\text{веществ в конечном растворе}) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции горения фосфора в избытке хлора. В этих условиях образуется пентахлорид фосфора ($PCl_5$):

$2P + 5Cl_2 \xrightarrow{t} 2PCl_5$

2. Найдем количество вещества фосфора, вступившего в реакцию. Молярная масса фосфора $M(P) = 31 \text{ г/моль}$.

$n(P) = \frac{m(P)}{M(P)} = \frac{9.3 \text{ г}}{31 \text{ г/моль}} = 0.3 \text{ моль}$

3. По уравнению реакции определим количество вещества образовавшегося пентахлорида фосфора. Cоотношение количеств веществ $n(P) : n(PCl_5) = 2 : 2 = 1 : 1$.

$n(PCl_5) = n(P) = 0.3 \text{ моль}$

4. Рассчитаем массу полученного $PCl_5$. Молярная масса $M(PCl_5) = 31 + 5 \cdot 35.5 = 208.5 \text{ г/моль}$.

$m(PCl_5) = n(PCl_5) \cdot M(PCl_5) = 0.3 \text{ моль} \cdot 208.5 \text{ г/моль} = 62.55 \text{ г}$

5. Пентахлорид фосфора растворили в растворе гидроксида калия. При этом происходит реакция полного гидролиза $PCl_5$ с последующей нейтрализацией образовавшихся кислот ($H_3PO_4$ и $HCl$) щелочью. Суммарное уравнение реакции:

$PCl_5 + 8KOH \rightarrow K_3PO_4 + 5KCl + 4H_2O$

6. Рассчитаем массу и количество вещества гидроксида калия в исходном растворе. Молярная масса $M(KOH) = 39 + 16 + 1 = 56 \text{ г/моль}$.

$m(KOH) = m(\text{р-ра } KOH) \cdot w(KOH) = 700 \text{ г} \cdot 0.20 = 140 \text{ г}$

$n(KOH) = \frac{m(KOH)}{M(KOH)} = \frac{140 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} = 2.5 \text{ моль}$

7. Определим, какое из реагентов находится в избытке. По уравнению реакции, на 1 моль $PCl_5$ требуется 8 моль $KOH$. Рассчитаем необходимое количество $KOH$ для реакции с 0.3 моль $PCl_5$:

$n_{необх}(KOH) = 8 \cdot n(PCl_5) = 8 \cdot 0.3 = 2.4 \text{ моль}$

Поскольку в наличии имеется 2.5 моль $KOH$, что больше необходимого количества (2.4 моль), гидроксид калия находится в избытке, а $PCl_5$ прореагирует полностью. Дальнейшие расчеты ведем по недостатку, то есть по $PCl_5$.

8. Рассчитаем массу избыточного $KOH$, который останется в растворе:

$n_{изб}(KOH) = n_{исх}(KOH) - n_{прореаг}(KOH) = 2.5 \text{ моль} - 2.4 \text{ моль} = 0.1 \text{ моль}$

$m_{изб}(KOH) = n_{изб}(KOH) \cdot M(KOH) = 0.1 \text{ моль} \cdot 56 \text{ г/моль} = 5.6 \text{ г}$

9. Рассчитаем массы продуктов реакции — фосфата калия ($K_3PO_4$) и хлорида калия ($KCl$).

Из уравнения реакции $n(K_3PO_4) = n(PCl_5) = 0.3 \text{ моль}$. Молярная масса $M(K_3PO_4) = 3 \cdot 39 + 31 + 4 \cdot 16 = 212 \text{ г/моль}$.

$m(K_3PO_4) = n(K_3PO_4) \cdot M(K_3PO_4) = 0.3 \text{ моль} \cdot 212 \text{ г/моль} = 63.6 \text{ г}$

Из уравнения реакции $n(KCl) = 5 \cdot n(PCl_5) = 5 \cdot 0.3 = 1.5 \text{ моль}$. Молярная масса $M(KCl) = 39 + 35.5 = 74.5 \text{ г/моль}$.

$m(KCl) = n(KCl) \cdot M(KCl) = 1.5 \text{ моль} \cdot 74.5 \text{ г/моль} = 111.75 \text{ г}$

10. Рассчитаем массу конечного раствора. Она равна сумме масс исходного раствора $KOH$ и добавленного $PCl_5$:

$m_{конечн. р-ра} = m(\text{р-ра } KOH) + m(PCl_5) = 700 \text{ г} + 62.55 \text{ г} = 762.55 \text{ г}$

11. Определим массовые доли веществ в полученном растворе. В растворе содержатся продукты реакции ($K_3PO_4$, $KCl$) и избыток реагента ($KOH$).

$w(K_3PO_4) = \frac{m(K_3PO_4)}{m_{конечн. р-ра}} = \frac{63.6 \text{ г}}{762.55 \text{ г}} \approx 0.0834 \text{ или } 8.34\%$

$w(KCl) = \frac{m(KCl)}{m_{конечн. р-ра}} = \frac{111.75 \text{ г}}{762.55 \text{ г}} \approx 0.1465 \text{ или } 14.65\%$

$w(KOH) = \frac{m_{изб}(KOH)}{m_{конечн. р-ра}} = \frac{5.6 \text{ г}}{762.55 \text{ г}} \approx 0.0073 \text{ или } 0.73\%$

Ответ: Массовые доли веществ в полученном растворе: $w(K_3PO_4) \approx 8.34\%$; $w(KCl) \approx 14.65\%$; $w(KOH) \approx 0.73\%$.