Номер 2, страница 184 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 25. Химия в сельском хозяйстве. Глава 5. Химия в жизни и обществе - номер 2, страница 184.

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.

Для расчета массовой доли $P_2O_5$ в удобрениях необходимо определить химический состав удобрения, а затем соотнести массу фосфора в нем с эквивалентной массой оксида фосфора(V).

Дано:

Простой суперфосфат представляет собой смесь дигидрофосфата кальция $Ca(H_2PO_4)_2$ и сульфата кальция $CaSO_4$, получаемую по реакции: $Ca_3(PO_4)_2 + 2H_2SO_4 \rightarrow Ca(H_2PO_4)_2 + 2CaSO_4$. Таким образом, на 1 моль $Ca(H_2PO_4)_2$ приходится 2 моль $CaSO_4$.

Двойной суперфосфат в идеальном случае представляет собой чистый дигидрофосфат кальция $Ca(H_2PO_4)_2$, получаемый по реакции: $Ca_3(PO_4)_2 + 4H_3PO_4 \rightarrow 3Ca(H_2PO_4)_2$.

Найти:

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

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

Решение:

Расчет массовой доли $P_2O_5$ основан на том, что весь фосфор, содержащийся в удобрении, условно пересчитывается в оксид фосфора(V). Для расчетов нам понадобятся относительные атомные массы элементов (округленные до целых): $Ar(Ca) = 40$, $Ar(P) = 31$, $Ar(O) = 16$, $Ar(H) = 1$, $Ar(S) = 32$.

Вычислим относительные молекулярные массы ключевых соединений:

$M_r(P_2O_5) = 2 \cdot Ar(P) + 5 \cdot Ar(O) = 2 \cdot 31 + 5 \cdot 16 = 62 + 80 = 142$.

$M_r(Ca(H_2PO_4)_2) = Ar(Ca) + 2 \cdot (2 \cdot Ar(H) + Ar(P) + 4 \cdot Ar(O)) = 40 + 2 \cdot (2 \cdot 1 + 31 + 4 \cdot 16) = 40 + 2 \cdot 97 = 234$.

$M_r(CaSO_4) = Ar(Ca) + Ar(S) + 4 \cdot Ar(O) = 40 + 32 + 4 \cdot 16 = 136$.

Простой суперфосфат

1. Определим состав и общую массу условной формульной единицы простого суперфосфата. Согласно уравнению реакции получения, он состоит из 1 моль $Ca(H_2PO_4)_2$ и 2 моль $CaSO_4$.

2. Общая относительная молекулярная масса смеси составляет:

$M_r(\text{смеси}) = M_r(Ca(H_2PO_4)_2) + 2 \cdot M_r(CaSO_4) = 234 + 2 \cdot 136 = 234 + 272 = 506$.

3. Полезным компонентом, содержащим фосфор, является $Ca(H_2PO_4)_2$. В одной формульной единице этого вещества содержится 2 атома фосфора. Такое же количество атомов фосфора содержится в одной молекуле $P_2O_5$. Следовательно, 1 моль $Ca(H_2PO_4)_2$ эквивалентен 1 моль $P_2O_5$.

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

$\omega(P_2O_5) = \frac{M_r(P_2O_5)}{M_r(\text{смеси})} = \frac{142}{506} \approx 0.2806$

Переводя в проценты: $0.2806 \cdot 100\% = 28.06\%$.

Ответ: Массовая доля $P_2O_5$ в простом суперфосфате составляет примерно 28.1% (теоретический расчет).

Двойной суперфосфат

1. Двойной суперфосфат в идеальном случае состоит из чистого $Ca(H_2PO_4)_2$. Общая масса удобрения соответствует относительной молекулярной массе этого вещества: $M_r(Ca(H_2PO_4)_2) = 234$.

2. Как и в предыдущем случае, 1 моль $Ca(H_2PO_4)_2$ (содержащий 2 атома фосфора) эквивалентен 1 моль $P_2O_5$.

3. Рассчитаем массовую долю $P_2O_5$ в двойном суперфосфате:

$\omega(P_2O_5) = \frac{M_r(P_2O_5)}{M_r(Ca(H_2PO_4)_2)} = \frac{142}{234} \approx 0.6068$

Переводя в проценты: $0.6068 \cdot 100\% = 60.68\%$.

Ответ: Массовая доля $P_2O_5$ в двойном суперфосфате составляет примерно 60.7% (теоретический расчет).