Номер 2, страница 420 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 82. Химия в сельском хозяйстве. Глава 9. Химия на службе обществу - номер 2, страница 420.

Условие.

2. Эффективность фосфорных удобрений принято оценивать по массовой доле $P_2O_5$ в каждом из них. Рассчитайте долю $P_2O_5$ в простом и двойном суперфосфате.

Решение.

Решение 2.

Эффективность фосфорных удобрений принято выражать через условную массовую долю оксида фосфора(V), $P_2O_5$. Эта величина показывает, какая масса $P_2O_5$ содержит такое же количество фосфора, как и рассматриваемое удобрение. Расчет проведем для идеализированных составов удобрений, полученных по основным химическим реакциям, используя округленные до целых атомные массы: $Ar(H) = 1$, $Ar(O) = 16$, $Ar(P) = 31$, $Ar(S) = 32$, $Ar(Ca) = 40$.

Простой суперфосфат

Дано:

Простой суперфосфат — продукт обработки природного фосфата серной кислотой. Его идеализированный состав представляет собой смесь дигидрофосфата кальция и сульфата кальция, образующуюся по реакции:
$Ca_3(PO_4)_2 + 2H_2SO_4 + H_2O \rightarrow Ca(H_2PO_4)_2 \cdot H_2O + 2CaSO_4$

Найти:

Массовую долю $P_2O_5$ в простом суперфосфате, $\omega(P_2O_5)$.

Решение:

1. Рассчитаем молярные массы веществ, участвующих в расчете:

• Молярная масса моногидрата дигидрофосфата кальция $Ca(H_2PO_4)_2 \cdot H_2O$:
  $M(Ca(H_2PO_4)_2 \cdot H_2O) = 40 + 2 \cdot (2 \cdot 1 + 31 + 4 \cdot 16) + (2 \cdot 1 + 16) = 234 + 18 = 252$ г/моль.
• Молярная масса сульфата кальция $CaSO_4$:
  $M(CaSO_4) = 40 + 32 + 4 \cdot 16 = 136$ г/моль.
• Молярная масса оксида фосфора(V) $P_2O_5$:
  $M(P_2O_5) = 2 \cdot 31 + 5 \cdot 16 = 142$ г/моль.

2. Согласно уравнению реакции, при производстве удобрения образуется смесь, состоящая из 1 моль $Ca(H_2PO_4)_2 \cdot H_2O$ и 2 моль $CaSO_4$. Найдем общую массу этой стехиометрической смеси:

$m_{смеси} = 1 \cdot M(Ca(H_2PO_4)_2 \cdot H_2O) + 2 \cdot M(CaSO_4) = 252 + 2 \cdot 136 = 252 + 272 = 524$ г.

3. Весь фосфор в удобрении находится в $Ca(H_2PO_4)_2 \cdot H_2O$. В 1 моль этого вещества содержится 2 моль атомов фосфора. Такое же количество атомов фосфора (2 моль) содержится в 1 моль $P_2O_5$. Следовательно, масса $P_2O_5$, эквивалентная фосфору в полученной порции удобрения, равна молярной массе $P_2O_5$, то есть $142$ г.

4. Рассчитаем массовую долю $P_2O_5$ в простом суперфосфате как отношение эквивалентной массы $P_2O_5$ к общей массе смеси:

$\omega(P_2O_5) = \frac{m(P_2O_5)_{экв.}}{m_{смеси}} = \frac{142}{524} \approx 0.271$

Выразим в процентах: $0.271 \cdot 100\% = 27.1\%$.

Ответ: теоретическая массовая доля $P_2O_5$ в простом суперфосфате составляет $27.1\%$.

Двойной суперфосфат

Дано:

Двойной суперфосфат — продукт обработки природного фосфата фосфорной кислотой. В идеале он представляет собой чистое вещество — дигидрофосфат кальция. Будем рассматривать его в виде моногидрата $Ca(H_2PO_4)_2 \cdot H_2O$. В отличие от простого, он не содержит балластного сульфата кальция.

Найти:

Массовую долю $P_2O_5$ в двойном суперфосфате, $\omega(P_2O_5)$.

Решение:

1. Расчет ведем для чистого вещества $Ca(H_2PO_4)_2 \cdot H_2O$. Его молярная масса составляет $252$ г/моль. Молярная масса эквивалентного оксида $P_2O_5$ равна $142$ г/моль.

2. В 1 моль $Ca(H_2PO_4)_2 \cdot H_2O$ содержится 2 моль атомов фосфора, что эквивалентно 1 моль $P_2O_5$ массой $142$ г.

3. Массовая доля $P_2O_5$ в двойном суперфосфате — это отношение эквивалентной массы $P_2O_5$ к массе самого удобрения (в расчете на 1 моль):

$\omega(P_2O_5) = \frac{m(P_2O_5)_{экв.}}{m(Ca(H_2PO_4)_2 \cdot H_2O)} = \frac{M(P_2O_5)}{M(Ca(H_2PO_4)_2 \cdot H_2O)} = \frac{142}{252} \approx 0.5635$

Выразим в процентах: $0.5635 \cdot 100\% = 56.4\%$.

Ответ: теоретическая массовая доля $P_2O_5$ в двойном суперфосфате составляет $56.4\%$.