Номер 251, страница 218 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.251. Оксид фосфора(V) массой 28,4 г растворили в 200 мл воды. Найдите массовую долю ортофосфорной кислоты в растворе.

Дано:

$m(P_2O_5) = 28.4$ г
$V(H_2O) = 200$ мл

Так как плотность воды $\rho(H_2O)$ приблизительно равна 1 г/мл, массу воды можно считать равной ее объему в граммах:
$m(H_2O) = V(H_2O) \cdot \rho(H_2O) = 200 \text{ мл} \cdot 1 \text{ г/мл} = 200$ г.

Найти:

$\omega(H_3PO_4)$ — массовую долю ортофосфорной кислоты в растворе.

Решение:

1. Составим уравнение реакции взаимодействия оксида фосфора(V) с водой. В результате реакции образуется ортофосфорная кислота ($H_3PO_4$):
$P_2O_5 + 3H_2O \rightarrow 2H_3PO_4$

2. Рассчитаем молярные массы реагента ($P_2O_5$) и продукта ($H_3PO_4$), используя значения относительных атомных масс из периодической таблицы: $Ar(P) \approx 31$, $Ar(O) \approx 16$, $Ar(H) \approx 1$.
$M(P_2O_5) = 2 \cdot Ar(P) + 5 \cdot Ar(O) = 2 \cdot 31 + 5 \cdot 16 = 142$ г/моль.
$M(H_3PO_4) = 3 \cdot Ar(H) + 1 \cdot Ar(P) + 4 \cdot Ar(O) = 3 \cdot 1 + 31 + 4 \cdot 16 = 98$ г/моль.

3. Вычислим количество вещества (число молей) оксида фосфора(V), содержащегося в 28,4 г:
$n(P_2O_5) = \frac{m(P_2O_5)}{M(P_2O_5)} = \frac{28.4 \text{ г}}{142 \text{ г/моль}} = 0.2$ моль.

4. По уравнению реакции определим количество вещества ортофосфорной кислоты, которое образуется из 0,2 моль оксида фосфора(V). Согласно стехиометрическим коэффициентам, из 1 моль $P_2O_5$ образуется 2 моль $H_3PO_4$.
$\frac{n(P_2O_5)}{1} = \frac{n(H_3PO_4)}{2}$
$n(H_3PO_4) = 2 \cdot n(P_2O_5) = 2 \cdot 0.2 \text{ моль} = 0.4$ моль.

5. Рассчитаем массу образовавшейся ортофосфорной кислоты ($m_{вещества}$):
$m(H_3PO_4) = n(H_3PO_4) \cdot M(H_3PO_4) = 0.4 \text{ моль} \cdot 98 \text{ г/моль} = 39.2$ г.

6. Найдем массу конечного раствора. Согласно закону сохранения массы, масса раствора равна сумме масс исходных компонентов, вступивших в реакцию:
$m_{раствора} = m(P_2O_5) + m(H_2O) = 28.4 \text{ г} + 200 \text{ г} = 228.4$ г.

7. Теперь можем рассчитать массовую долю ($\omega$) ортофосфорной кислоты в полученном растворе по формуле:
$\omega(H_3PO_4) = \frac{m(H_3PO_4)}{m_{раствора}} \cdot 100\%$
$\omega(H_3PO_4) = \frac{39.2 \text{ г}}{228.4 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 17.16\%$

Округлим результат до десятых долей процента.

Ответ: массовая доля ортофосфорной кислоты в растворе составляет 17,2%.