Номер 252, страница 218 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.252. В 200 г 20%-й ортофосфорной кислоты растворили 7,1 г оксида фосфора(V). Найдите массовую долю ортофосфорной кислоты в растворе.

Дано:

$m_{р-ра}(H_3PO_4)_{\text{исх}} = 200 \text{ г}$

$w(H_3PO_4)_{\text{исх}} = 20\% = 0.2$

$m(P_2O_5) = 7.1 \text{ г}$

Найти:

$w(H_3PO_4)_{\text{кон}} - ?$

Решение:

1. Определим массу ортофосфорной кислоты и воды в исходном 20%-ом растворе.

Масса ортофосфорной кислоты в исходном растворе:

$m(H_3PO_4)_{\text{исх}} = m_{р-ра}(H_3PO_4)_{\text{исх}} \times w(H_3PO_4)_{\text{исх}} = 200 \text{ г} \times 0.2 = 40 \text{ г}$

Масса воды в исходном растворе:

$m(H_2O) = m_{р-ра}(H_3PO_4)_{\text{исх}} - m(H_3PO_4)_{\text{исх}} = 200 \text{ г} - 40 \text{ г} = 160 \text{ г}$

2. Оксид фосфора(V) ($P_2O_5$) является кислотным оксидом и при растворении в воде образует ортофосфорную кислоту ($H_3PO_4$). Запишем уравнение реакции:

$P_2O_5 + 3H_2O \rightarrow 2H_3PO_4$

3. Рассчитаем молярные массы веществ, участвующих в реакции, для проведения стехиометрических расчетов.

$M(P_2O_5) = 2 \times Ar(P) + 5 \times Ar(O) = 2 \times 31 + 5 \times 16 = 142 \text{ г/моль}$

$M(H_3PO_4) = 3 \times Ar(H) + Ar(P) + 4 \times Ar(O) = 3 \times 1 + 31 + 4 \times 16 = 98 \text{ г/моль}$

4. Найдем количество вещества (в молях) добавленного оксида фосфора(V).

$n(P_2O_5) = \frac{m(P_2O_5)}{M(P_2O_5)} = \frac{7.1 \text{ г}}{142 \text{ г/моль}} = 0.05 \text{ моль}$

5. По уравнению реакции найдем, какое количество вещества ортофосфорной кислоты образовалось.

Соотношение $n(P_2O_5) : n(H_3PO_4)$ равно $1:2$. Следовательно:

$n(H_3PO_4)_{\text{обр}} = 2 \times n(P_2O_5) = 2 \times 0.05 \text{ моль} = 0.1 \text{ моль}$

6. Рассчитаем массу ортофосфорной кислоты, образовавшуюся в результате реакции.

$m(H_3PO_4)_{\text{обр}} = n(H_3PO_4)_{\text{обр}} \times M(H_3PO_4) = 0.1 \text{ моль} \times 98 \text{ г/моль} = 9.8 \text{ г}$

7. Теперь найдем общую массу ортофосфорной кислоты в конечном растворе и общую массу самого конечного раствора.

Общая масса кислоты складывается из массы кислоты в исходном растворе и массы кислоты, образовавшейся в реакции:

$m(H_3PO_4)_{\text{кон}} = m(H_3PO_4)_{\text{исх}} + m(H_3PO_4)_{\text{обр}} = 40 \text{ г} + 9.8 \text{ г} = 49.8 \text{ г}$

Масса конечного раствора равна сумме масс исходного раствора и добавленного оксида фосфора(V):

$m_{р-ра \text{ кон}} = m_{р-ра \text{ исх}} + m(P_2O_5) = 200 \text{ г} + 7.1 \text{ г} = 207.1 \text{ г}$

8. Наконец, рассчитаем массовую долю ортофосфорной кислоты в конечном растворе.

$w(H_3PO_4)_{\text{кон}} = \frac{m(H_3PO_4)_{\text{кон}}}{m_{р-ра \text{ кон}}} \times 100\%$

$w(H_3PO_4)_{\text{кон}} = \frac{49.8 \text{ г}}{207.1 \text{ г}} \times 100\% \approx 24.05\%$

Ответ: массовая доля ортофосфорной кислоты в растворе составляет $24.05\%$.