Номер 266, страница 219 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.266. Хлорид фосфора(V) массой 62,55 г растворили в воде. Какой объём 20%-го раствора гидроксида калия (плотность 1,15 г/мл) потребуется для полной нейтрализации полученного раствора?

Дано:

$m(\text{PCl}_5) = 62,55 \text{ г}$
$w(\text{KOH}) = 20\% = 0,2$
$\rho(\text{р-ра KOH}) = 1,15 \text{ г/мл}$

Перевод в СИ:

$m(\text{PCl}_5) = 0,06255 \text{ кг}$
$\rho(\text{р-ра KOH}) = 1150 \text{ кг/м}^3$

Найти:

$V(\text{р-ра KOH}) - ?$

Решение:

1. При растворении хлорида фосфора(V) в воде происходит его полный гидролиз с образованием двух кислот: ортофосфорной и соляной. Запишем уравнение реакции:

$\text{PCl}_5 + 4\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{H}_3\text{PO}_4 + 5\text{HCl}$

2. Рассчитаем количество вещества хлорида фосфора(V), вступившего в реакцию. Для этого сначала определим его молярную массу:

$M(\text{PCl}_5) = A_r(\text{P}) + 5 \cdot A_r(\text{Cl}) = 31 + 5 \cdot 35,5 = 208,5 \text{ г/моль}$

Теперь найдём количество вещества $n(\text{PCl}_5)$:

$n(\text{PCl}_5) = \frac{m(\text{PCl}_5)}{M(\text{PCl}_5)} = \frac{62,55 \text{ г}}{208,5 \text{ г/моль}} = 0,3 \text{ моль}$

3. Используя уравнение реакции гидролиза, определим количество вещества образовавшихся кислот.

По стехиометрическим коэффициентам:

$n(\text{H}_3\text{PO}_4) = n(\text{PCl}_5) = 0,3 \text{ моль}$

$n(\text{HCl}) = 5 \cdot n(\text{PCl}_5) = 5 \cdot 0,3 \text{ моль} = 1,5 \text{ моль}$

4. Для полной нейтрализации полученного раствора кислот потребуется гидроксид калия. Запишем уравнения реакций нейтрализации. Полная нейтрализация означает, что ортофосфорная кислота прореагирует с образованием средней соли — фосфата калия.

$\text{H}_3\text{PO}_4 + 3\text{KOH} \rightarrow \text{K}_3\text{PO}_4 + 3\text{H}_2\text{O}$

$\text{HCl} + \text{KOH} \rightarrow \text{KCl} + \text{H}_2\text{O}$

5. Рассчитаем общее количество вещества гидроксида калия, необходимое для нейтрализации обеих кислот.

Количество KOH для нейтрализации H₃PO₄:

$n_1(\text{KOH}) = 3 \cdot n(\text{H}_3\text{PO}_4) = 3 \cdot 0,3 \text{ моль} = 0,9 \text{ моль}$

Количество KOH для нейтрализации HCl:

$n_2(\text{KOH}) = n(\text{HCl}) = 1,5 \text{ моль}$

Общее количество вещества KOH:

$n_{общ}(\text{KOH}) = n_1(\text{KOH}) + n_2(\text{KOH}) = 0,9 \text{ моль} + 1,5 \text{ моль} = 2,4 \text{ моль}$

6. Вычислим массу чистого гидроксида калия, а затем массу его 20%-го раствора.

Молярная масса гидроксида калия:

$M(\text{KOH}) = A_r(\text{K}) + A_r(\text{O}) + A_r(\text{H}) = 39 + 16 + 1 = 56 \text{ г/моль}$

Масса чистого KOH:

$m(\text{KOH}) = n_{общ}(\text{KOH}) \cdot M(\text{KOH}) = 2,4 \text{ моль} \cdot 56 \text{ г/моль} = 134,4 \text{ г}$

Масса раствора гидроксида калия с массовой долей 20%:

$m(\text{р-ра KOH}) = \frac{m(\text{KOH})}{w(\text{KOH})} = \frac{134,4 \text{ г}}{0,2} = 672 \text{ г}$

7. Зная массу и плотность раствора, найдём требуемый объём.

$V(\text{р-ра KOH}) = \frac{m(\text{р-ра KOH})}{\rho(\text{р-ра KOH})} = \frac{672 \text{ г}}{1,15 \text{ г/мл}} \approx 584,35 \text{ мл}$

Ответ: $584,35 \text{ мл}$.