Номер 5, страница 96 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 20. Фосфорный ангидрид и фосфорные кислоты. Глава 1. Неметаллы - номер 5, страница 96.

Условие.

5. Определите массу 24,5%-го раствора фосфорной кислоты, который можно приготовить из 9,3 г красного фосфора.

Решение.

Решение 2.

Дано:

Масса красного фосфора $m(P) = 9,3 \text{ г}$
Массовая доля фосфорной кислоты в растворе $\omega(H_3PO_4) = 24,5\% = 0,245$

Найти:

Массу раствора фосфорной кислоты $m(раствора) - ?$

Решение:

Для решения задачи необходимо составить уравнения химических реакций получения фосфорной кислоты из фосфора. Этот процесс обычно происходит в две стадии:

1. Сначала фосфор сжигают в избытке кислорода для получения оксида фосфора(V):
$4P + 5O_2 \rightarrow 2P_2O_5$

2. Затем полученный оксид фосфора(V) растворяют в воде, в результате чего образуется фосфорная кислота:
$P_2O_5 + 3H_2O \rightarrow 2H_3PO_4$

Чтобы найти общее стехиометрическое соотношение между исходным фосфором и конечной фосфорной кислотой, проанализируем уравнения. Из первого уравнения видно, что из 4 моль $P$ образуется 2 моль $P_2O_5$. Из второго уравнения следует, что из 1 моль $P_2O_5$ образуется 2 моль $H_3PO_4$. Следовательно, из 2 моль $P_2O_5$ образуется $2 \times 2 = 4$ моль $H_3PO_4$.

Таким образом, из 4 моль исходного фосфора ($P$) в конечном итоге получается 4 моль фосфорной кислоты ($H_3PO_4$). Это означает, что их молярное соотношение равно 1:1.
$n(P) = n(H_3PO_4)$

Теперь приступим к расчетам:

1. Найдем молярные массы фосфора ($P$) и фосфорной кислоты ($H_3PO_4$), используя периодическую таблицу химических элементов.
Молярная масса фосфора: $M(P) = 31 \text{ г/моль}$.
Молярная масса фосфорной кислоты: $M(H_3PO_4) = 3 \times 1 + 31 + 4 \times 16 = 98 \text{ г/моль}$.

2. Рассчитаем количество вещества (в молях) для 9,3 г красного фосфора.
$n(P) = \frac{m(P)}{M(P)} = \frac{9,3 \text{ г}}{31 \text{ г/моль}} = 0,3 \text{ моль}$.

3. Так как $n(P) = n(H_3PO_4)$, количество вещества полученной фосфорной кислоты также составляет 0,3 моль.
$n(H_3PO_4) = 0,3 \text{ моль}$.

4. Вычислим массу фосфорной кислоты, которая образуется в результате реакции.
$m(H_3PO_4) = n(H_3PO_4) \times M(H_3PO_4) = 0,3 \text{ моль} \times 98 \text{ г/моль} = 29,4 \text{ г}$.

5. Наконец, определим массу 24,5%-го раствора, который можно приготовить из 29,4 г фосфорной кислоты. Массовая доля растворенного вещества ($\omega$) связана с массой вещества и массой раствора формулой:
$\omega(H_3PO_4) = \frac{m(H_3PO_4)}{m(раствора)}$

Выразим из этой формулы массу раствора:
$m(раствора) = \frac{m(H_3PO_4)}{\omega(H_3PO_4)} = \frac{29,4 \text{ г}}{0,245} = 120 \text{ г}$.

Ответ: можно приготовить 120 г 24,5%-го раствора фосфорной кислоты.