Номер 254, страница 218 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.254. Газ, полученный нагреванием 26,4 г сульфата аммония с избытком гидроксида натрия, поглотили 100 г 39,2%-й ортофосфорной кислоты. Найдите массовую долю соли в конечном растворе.

Дано:

$m((NH_4)_2SO_4) = 26,4 \text{ г}$

$m_{\text{р-ра}}(H_3PO_4) = 100 \text{ г}$

$\omega(H_3PO_4) = 39,2\% = 0,392$

Найти:

$\omega(\text{соли}) - ?$

Решение:

1. Сначала запишем уравнение реакции получения газа (аммиака) при нагревании сульфата аммония с избытком гидроксида натрия:

$(NH_4)_2SO_4 + 2NaOH \xrightarrow{t} Na_2SO_4 + 2NH_3 \uparrow + 2H_2O$

2. Рассчитаем количество вещества сульфата аммония, вступившего в реакцию. Это позволит нам найти количество вещества и массу выделившегося аммиака.

Молярная масса сульфата аммония $M((NH_4)_2SO_4) = 2 \cdot (14 + 1 \cdot 4) + 32 + 4 \cdot 16 = 132 \text{ г/моль}$.

Количество вещества сульфата аммония:

$n((NH_4)_2SO_4) = \frac{m((NH_4)_2SO_4)}{M((NH_4)_2SO_4)} = \frac{26,4 \text{ г}}{132 \text{ г/моль}} = 0,2 \text{ моль}$

Согласно стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции, из 1 моль $(NH_4)_2SO_4$ образуется 2 моль $NH_3$. Следовательно, количество вещества аммиака:

$n(NH_3) = 2 \cdot n((NH_4)_2SO_4) = 2 \cdot 0,2 \text{ моль} = 0,4 \text{ моль}$

3. Найдем массу полученного аммиака. Эта масса прибавится к массе раствора кислоты при поглощении.

Молярная масса аммиака $M(NH_3) = 14 + 3 \cdot 1 = 17 \text{ г/моль}$.

$m(NH_3) = n(NH_3) \cdot M(NH_3) = 0,4 \text{ моль} \cdot 17 \text{ г/моль} = 6,8 \text{ г}$

4. Теперь определим количество вещества ортофосфорной кислоты, содержащейся в 100 г 39,2%-го раствора.

Масса чистой ортофосфорной кислоты:

$m(H_3PO_4) = m_{\text{р-ра}}(H_3PO_4) \cdot \omega(H_3PO_4) = 100 \text{ г} \cdot 0,392 = 39,2 \text{ г}$

Молярная масса ортофосфорной кислоты $M(H_3PO_4) = 3 \cdot 1 + 31 + 4 \cdot 16 = 98 \text{ г/моль}$.

Количество вещества ортофосфорной кислоты:

$n(H_3PO_4) = \frac{m(H_3PO_4)}{M(H_3PO_4)} = \frac{39,2 \text{ г}}{98 \text{ г/моль}} = 0,4 \text{ моль}$

5. Сравним мольные количества аммиака и ортофосфорной кислоты, чтобы определить продукт реакции.

Соотношение $n(NH_3) : n(H_3PO_4) = 0,4 \text{ моль} : 0,4 \text{ моль} = 1:1$.

Такое мольное соотношение приводит к образованию кислой соли — дигидрофосфата аммония, так как на одну молекулу трехосновной кислоты приходится одна молекула основания (аммиака). Уравнение реакции:

$NH_3 + H_3PO_4 \rightarrow NH_4H_2PO_4$

Поскольку реагенты взяты в эквимолярных количествах, они прореагируют полностью, и в растворе будет находиться только одна соль.

6. Рассчитаем массу образовавшейся соли (дигидрофосфата аммония) и массу конечного раствора.

Из уравнения реакции следует, что $n(NH_4H_2PO_4) = n(NH_3) = n(H_3PO_4) = 0,4 \text{ моль}$.

Молярная масса дигидрофосфата аммония $M(NH_4H_2PO_4) = 14 + 1 \cdot 4 + 1 \cdot 2 + 31 + 4 \cdot 16 = 115 \text{ г/моль}$.

Масса соли:

$m(NH_4H_2PO_4) = n(NH_4H_2PO_4) \cdot M(NH_4H_2PO_4) = 0,4 \text{ моль} \cdot 115 \text{ г/моль} = 46 \text{ г}$

Масса конечного раствора равна сумме масс исходного раствора кислоты и поглощенного газа аммиака:

$m_{\text{кон.р-ра}} = m_{\text{р-ра}}(H_3PO_4) + m(NH_3) = 100 \text{ г} + 6,8 \text{ г} = 106,8 \text{ г}$

7. Наконец, рассчитаем массовую долю соли в конечном растворе.

$\omega(NH_4H_2PO_4) = \frac{m(NH_4H_2PO_4)}{m_{\text{кон.р-ра}}} \cdot 100\% = \frac{46 \text{ г}}{106,8 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 43,071\%$

Округлим результат до десятых.

$\omega(NH_4H_2PO_4) \approx 43,1\%$

Ответ: массовая доля соли (дигидрофосфата аммония) в конечном растворе составляет 43,1%.