Номер 12, страница 96 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 20. Фосфорный ангидрид и фосфорные кислоты. Глава 1. Неметаллы - номер 12, страница 96.

Условие.

12. Можно ли непосредственным взаимодействием 7,1 г оксида фосфора(V) ($P_2O_5$) с 20%-м раствором гидроксида натрия ($NaOH$) приготовить раствор, содержащий 20% гидрофосфата натрия ($Na_2HPO_4$)? Ответ подтвердите расчётом.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m(P_2O_5) = 7,1 \text{ г} = 0,0071 \text{ кг}$
$\omega(NaOH) = 20\% = 0,20$
$\omega_{требуемая}(Na_2HPO_4) = 20\% = 0,20$

Найти:

Возможность приготовления раствора гидрофосфата натрия с массовой долей 20%.

Решение:

Для того чтобы ответить на вопрос, необходимо провести расчеты для реакции, в результате которой образуется гидрофосфат натрия ($Na_2HPO_4$). Эта соль образуется при взаимодействии оксида фосфора(V) с гидроксидом натрия в определенном мольном соотношении.

1. Запишем уравнение реакции получения гидрофосфата натрия:

$P_2O_5 + 4NaOH \rightarrow 2Na_2HPO_4 + H_2O$

2. Рассчитаем молярные массы веществ, участвующих в реакции:

$M(P_2O_5) = 2 \cdot 31 + 5 \cdot 16 = 142 \text{ г/моль}$

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

$M(Na_2HPO_4) = 2 \cdot 23 + 1 + 31 + 4 \cdot 16 = 142 \text{ г/моль}$

3. Найдем количество вещества оксида фосфора(V) массой 7,1 г:

$n(P_2O_5) = \frac{m(P_2O_5)}{M(P_2O_5)} = \frac{7,1 \text{ г}}{142 \text{ г/моль}} = 0,05 \text{ моль}$

4. Согласно уравнению реакции, для полного превращения $P_2O_5$ в $Na_2HPO_4$ необходимое количество вещества $NaOH$ должно быть в 4 раза больше:

$n(NaOH) = 4 \cdot n(P_2O_5) = 4 \cdot 0,05 \text{ моль} = 0,2 \text{ моль}$

5. Рассчитаем массу чистого $NaOH$, которая потребуется для реакции, и массу его 20%-го раствора:

$m(NaOH) = n(NaOH) \cdot M(NaOH) = 0,2 \text{ моль} \cdot 40 \text{ г/моль} = 8 \text{ г}$

$m_{р-ра}(NaOH) = \frac{m(NaOH)}{\omega(NaOH)} = \frac{8 \text{ г}}{0,20} = 40 \text{ г}$

6. Теперь определим, какая масса гидрофосфата натрия образуется в результате этой реакции. По уравнению реакции из 1 моль $P_2O_5$ образуется 2 моль $Na_2HPO_4$:

$n(Na_2HPO_4) = 2 \cdot n(P_2O_5) = 2 \cdot 0,05 \text{ моль} = 0,1 \text{ моль}$

$m(Na_2HPO_4) = n(Na_2HPO_4) \cdot M(Na_2HPO_4) = 0,1 \text{ моль} \cdot 142 \text{ г/моль} = 14,2 \text{ г}$

7. Рассчитаем массу конечного раствора. Она будет равна сумме масс исходных реагентов: оксида фосфора(V) и раствора гидроксида натрия.

$m_{конечн. р-ра} = m(P_2O_5) + m_{р-ра}(NaOH) = 7,1 \text{ г} + 40 \text{ г} = 47,1 \text{ г}$

8. Найдем массовую долю гидрофосфата натрия в полученном растворе:

$\omega(Na_2HPO_4) = \frac{m(Na_2HPO_4)}{m_{конечн. р-ра}} \cdot 100\% = \frac{14,2 \text{ г}}{47,1 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 30,15\%$

Полученная концентрация (30,15%) не равна требуемой по условию задачи (20%). Следовательно, приготовить 20%-й раствор гидрофосфата натрия таким способом невозможно.

Ответ: Нет, непосредственным взаимодействием 7,1 г оксида фосфора(V) с 20%-м раствором гидроксида натрия невозможно приготовить раствор, содержащий 20% гидрофосфата натрия. В результате реакции, направленной на получение только гидрофосфата натрия, образуется раствор с концентрацией примерно 30,15%.