Номер 278, страница 221 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.278. Газ, образовавшийся при гидролизе 36,4 г фосфида кальция, сожгли. К образовавшемуся при этом продукту последовательно добавили 100 мл воды и 50 мл раствора гидроксида натрия с массовой долей 25% и плотностью 1,28 г/см. Определите состав образовавшейся соли и её массовую долю в растворе.

Дано:

$m(\text{Ca}_3\text{P}_2) = 36,4 \text{ г}$

$V(\text{H}_2\text{O}) = 100 \text{ мл}$

$V(\text{р-ра NaOH}) = 50 \text{ мл}$

$\omega(\text{NaOH}) = 25\%$

$\rho(\text{р-ра NaOH}) = 1,28 \text{ г/см}^3$

Перевод в систему СИ:

$m(\text{Ca}_3\text{P}_2) = 36,4 \text{ г} = 0,0364 \text{ кг}$

$V(\text{H}_2\text{O}) = 100 \text{ мл} = 100 \cdot 10^{-6} \text{ м}^3 = 10^{-4} \text{ м}^3$

$V(\text{р-ра NaOH}) = 50 \text{ мл} = 50 \cdot 10^{-6} \text{ м}^3 = 5 \cdot 10^{-5} \text{ м}^3$

$\omega(\text{NaOH}) = 25\% = 0,25$

$\rho(\text{р-ра NaOH}) = 1,28 \text{ г/см}^3 = 1280 \text{ кг/м}^3$

Найти:

Состав соли и $\omega(\text{соли})$ в конечном растворе.

Решение:

1. Запишем уравнение реакции гидролиза фосфида кальция. При этом образуется газ фосфин ($PH_3$).

$\text{Ca}_3\text{P}_2 + 6\text{H}_2\text{O} \rightarrow 3\text{Ca(OH)}_2 + 2\text{PH}_3\uparrow$

2. Найдем количество вещества фосфида кальция ($Ca_3P_2$). Молярная масса $M(\text{Ca}_3\text{P}_2) = 3 \cdot 40 + 2 \cdot 31 = 182 \text{ г/моль}$.

$n(\text{Ca}_3\text{P}_2) = \frac{m(\text{Ca}_3\text{P}_2)}{M(\text{Ca}_3\text{P}_2)} = \frac{36,4 \text{ г}}{182 \text{ г/моль}} = 0,2 \text{ моль}$

3. По уравнению реакции, из 1 моль $Ca_3P_2$ образуется 2 моль $PH_3$. Найдем количество вещества фосфина.

$n(\text{PH}_3) = 2 \cdot n(\text{Ca}_3\text{P}_2) = 2 \cdot 0,2 \text{ моль} = 0,4 \text{ моль}$

4. Фосфин сожгли. Продуктом горения является оксид фосфора(V).

$2\text{PH}_3 + 4\text{O}_2 \rightarrow \text{P}_2\text{O}_5 + 3\text{H}_2\text{O}$

5. По уравнению реакции горения, из 2 моль $PH_3$ образуется 1 моль $P_2O_5$. Найдем количество вещества и массу оксида фосфора(V).

$n(\text{P}_2\text{O}_5) = \frac{1}{2} \cdot n(\text{PH}_3) = \frac{1}{2} \cdot 0,4 \text{ моль} = 0,2 \text{ моль}$

Молярная масса $M(\text{P}_2\text{O}_5) = 2 \cdot 31 + 5 \cdot 16 = 142 \text{ г/моль}$.

$m(\text{P}_2\text{O}_5) = n(\text{P}_2\text{O}_5) \cdot M(\text{P}_2\text{O}_5) = 0,2 \text{ моль} \cdot 142 \text{ г/моль} = 28,4 \text{ г}$

6. К образовавшемуся оксиду фосфора(V) добавили воду, при этом образовалась ортофосфорная кислота.

$\text{P}_2\text{O}_5 + 3\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{H}_3\text{PO}_4$

7. По уравнению реакции, из 1 моль $P_2O_5$ образуется 2 моль $H_3PO_4$. Найдем количество вещества ортофосфорной кислоты.

$n(\text{H}_3\text{PO}_4) = 2 \cdot n(\text{P}_2\text{O}_5) = 2 \cdot 0,2 \text{ моль} = 0,4 \text{ моль}$

8. К полученному раствору кислоты добавили раствор гидроксида натрия. Найдем массу и количество вещества $NaOH$.

$m(\text{р-ра NaOH}) = V \cdot \rho = 50 \text{ мл} \cdot 1,28 \text{ г/мл} = 64 \text{ г}$

$m(\text{NaOH}) = m(\text{р-ра NaOH}) \cdot \omega(\text{NaOH}) = 64 \text{ г} \cdot 0,25 = 16 \text{ г}$

Молярная масса $M(\text{NaOH}) = 23 + 16 + 1 = 40 \text{ г/моль}$.

$n(\text{NaOH}) = \frac{m(\text{NaOH})}{M(\text{NaOH})} = \frac{16 \text{ г}}{40 \text{ г/моль}} = 0,4 \text{ моль}$

9. Сравним количество вещества кислоты и щелочи для определения продукта реакции.

$n(\text{H}_3\text{PO}_4) = 0,4 \text{ моль}$

$n(\text{NaOH}) = 0,4 \text{ моль}$

Соотношение $n(\text{NaOH}) : n(\text{H}_3\text{PO}_4) = 0,4 : 0,4 = 1 : 1$.

Это соотношение соответствует реакции образования кислой соли - дигидрофосфата натрия.

$\text{H}_3\text{PO}_4 + \text{NaOH} \rightarrow \text{NaH}_2\text{PO}_4 + \text{H}_2\text{O}$

Следовательно, образовавшаяся соль – дигидрофосфат натрия ($NaH_2PO_4$).

10. Рассчитаем массу образовавшейся соли. По уравнению реакции, $n(\text{NaH}_2\text{PO}_4) = n(\text{H}_3\text{PO}_4) = 0,4 \text{ моль}$.

Молярная масса $M(\text{NaH}_2\text{PO}_4) = 23 + 2 \cdot 1 + 31 + 4 \cdot 16 = 120 \text{ г/моль}$.

$m(\text{NaH}_2\text{PO}_4) = n(\text{NaH}_2\text{PO}_4) \cdot M(\text{NaH}_2\text{PO}_4) = 0,4 \text{ моль} \cdot 120 \text{ г/моль} = 48 \text{ г}$

11. Рассчитаем массу конечного раствора. Она складывается из массы добавленного оксида фосфора(V), массы добавленной воды и массы раствора гидроксида натрия.

$m(\text{конечного р-ра}) = m(\text{P}_2\text{O}_5) + m(\text{H}_2\text{O}) + m(\text{р-ра NaOH})$

Масса добавленной воды: $m(\text{H}_2\text{O}) = V \cdot \rho = 100 \text{ мл} \cdot 1 \text{ г/мл} = 100 \text{ г}$.

$m(\text{конечного р-ра}) = 28,4 \text{ г} + 100 \text{ г} + 64 \text{ г} = 192,4 \text{ г}$

12. Найдем массовую долю соли в конечном растворе.

$\omega(\text{NaH}_2\text{PO}_4) = \frac{m(\text{NaH}_2\text{PO}_4)}{m(\text{конечного р-ра})} = \frac{48 \text{ г}}{192,4 \text{ г}} \approx 0,2495$

$\omega(\text{NaH}_2\text{PO}_4) \approx 24,95\%$

Ответ: В результате реакций образовалась соль – дигидрофосфат натрия ($NaH_2PO_4$). Её массовая доля в конечном растворе составляет 24,95%.