Номер 25, страница 195 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.25. В замкнутом сосуде нагрели 6,2 г фосфора и 8,96 л хлора (н. у.). Какие вещества и в каком количестве содержатся в сосуде после завершения реакции?

Дано:

$m(\text{P}) = 6,2 \text{ г}$

$V(\text{Cl}_2) = 8,96 \text{ л (н. у.)}$

Найти:

состав и количество веществ в сосуде после реакции.

Решение:

1. Запишем возможные уравнения реакции взаимодействия фосфора с хлором. В зависимости от соотношения реагентов могут образовываться хлорид фосфора(III) или хлорид фосфора(V).

При недостатке хлора (или избытке фосфора):

$2\text{P} + 3\text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{PCl}_3$

При избытке хлора:

$2\text{P} + 5\text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{PCl}_5$

2. Чтобы определить, какие продукты образуются и в каком количестве, найдем количество вещества (в молях) исходных реагентов.

Молярная масса фосфора $M(\text{P}) = 31 \text{ г/моль}$.

Количество вещества фосфора:

$n(\text{P}) = \frac{m(\text{P})}{M(\text{P})} = \frac{6,2 \text{ г}}{31 \text{ г/моль}} = 0,2 \text{ моль}$

Молярный объем газа при нормальных условиях (н. у.) составляет $V_m = 22,4 \text{ л/моль}$.

Количество вещества хлора:

$n(\text{Cl}_2) = \frac{V(\text{Cl}_2)}{V_m} = \frac{8,96 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,4 \text{ моль}$

3. Определим соотношение реагентов, чтобы понять, какие продукты образуются. Рассчитаем соотношение количества атомов хлора к количеству атомов фосфора в реакционной смеси:

$\frac{n(\text{Cl})}{n(\text{P})} = \frac{2 \times n(\text{Cl}_2)}{n(\text{P})} = \frac{2 \times 0,4 \text{ моль}}{0,2 \text{ моль}} = \frac{0,8}{0,2} = 4$

В молекуле $\text{PCl}_3$ это соотношение равно 3, а в молекуле $\text{PCl}_5$ оно равно 5. Поскольку полученное соотношение (4) находится между 3 и 5, это означает, что хлора недостаточно для превращения всего фосфора в $\text{PCl}_5$, но его больше, чем необходимо для образования только $\text{PCl}_3$. Следовательно, в результате реакции образуется смесь двух продуктов: хлорида фосфора(III) ($\text{PCl}_3$) и хлорида фосфора(V) ($\text{PCl}_5$), при этом оба исходных реагента прореагируют полностью.

4. Рассчитаем количество образовавшихся продуктов. Пусть в реакции образовалось $x$ моль $\text{PCl}_3$ и $y$ моль $\text{PCl}_5$. Составим систему уравнений на основе закона сохранения массы (баланса атомов).

Уравнение по балансу атомов фосфора:

$x + y = n(\text{P}) = 0,2$

Уравнение по балансу атомов хлора:

$3x + 5y = n(\text{Cl}) = 2 \times n(\text{Cl}_2) = 0,8$

Решим полученную систему уравнений:

$\begin{cases} x + y = 0,2 \\ 3x + 5y = 0,8 \end{cases}$

Из первого уравнения выразим $x$: $x = 0,2 - y$.

Подставим это выражение во второе уравнение:

$3(0,2 - y) + 5y = 0,8$

$0,6 - 3y + 5y = 0,8$

$2y = 0,8 - 0,6$

$2y = 0,2$

$y = 0,1 \text{ моль}$

Теперь найдем $x$:

$x = 0,2 - y = 0,2 - 0,1 = 0,1 \text{ моль}$

Таким образом, после завершения реакции в сосуде будут находиться $0,1 \text{ моль}$ хлорида фосфора(III) и $0,1 \text{ моль}$ хлорида фосфора(V).

Ответ:

После завершения реакции в сосуде содержатся два вещества: $0,1 \text{ моль}$ хлорида фосфора(III) ($\text{PCl}_3$) и $0,1 \text{ моль}$ хлорида фосфора(V) ($\text{PCl}_5$).