Номер 2.5, страница 47, часть II - гдз по химии 8-9 класс задачник с помощником Гара, Габрусева

2.5. Фосфоритная мука — ценное фосфорное удобрение, содержащее 22,5% примесей. Вычислите массу фосфорной кислоты, образовавшейся в результате взаимодействия 200 кг фосфоритной муки с серной кислотой.

Дано:

$m(\text{фосфоритной муки}) = 200 \text{ кг}$

$\omega(\text{примесей}) = 22.5\% = 0.225$

Данные представлены в единицах, удобных для расчета (кг), и не требуют перевода в другие единицы СИ.

Найти:

$m(H_3PO_4) - ?$

Решение:

1. Фосфоритная мука — это природное удобрение, основным действующим веществом которого является фосфат кальция $Ca_3(PO_4)_2$. Примеси, содержащиеся в муке, в реакции с серной кислотой для получения фосфорной кислоты не участвуют. Сначала определим массу чистого фосфата кальция.

Массовая доля чистого фосфата кальция $\omega(Ca_3(PO_4)_2)$ в фосфоритной муке составляет:

$\omega(Ca_3(PO_4)_2) = 100\% - \omega(\text{примесей}) = 100\% - 22.5\% = 77.5\% = 0.775$

Теперь вычислим массу чистого фосфата кальция $m(Ca_3(PO_4)_2)$:

$m(Ca_3(PO_4)_2) = m(\text{фосфоритной муки}) \times \omega(Ca_3(PO_4)_2) = 200 \text{ кг} \times 0.775 = 155 \text{ кг}$

2. Запишем уравнение химической реакции взаимодействия фосфата кальция с серной кислотой, в результате которой образуется фосфорная кислота и нерастворимый сульфат кальция:

$Ca_3(PO_4)_2 + 3H_2SO_4 \rightarrow 2H_3PO_4 + 3CaSO_4\downarrow$

3. Рассчитаем молярные массы фосфата кальция и фосфорной кислоты, используя относительные атомные массы элементов из периодической таблицы Д.И. Менделеева ($Ar(Ca)=40, Ar(P)=31, Ar(O)=16, Ar(H)=1$).

Молярная масса фосфата кальция $M(Ca_3(PO_4)_2)$:

$M(Ca_3(PO_4)_2) = 3 \times 40 + 2 \times (31 + 4 \times 16) = 120 + 2 \times (31 + 64) = 120 + 190 = 310 \text{ г/моль}$ (или $310 \text{ кг/кмоль}$)

Молярная масса фосфорной кислоты $M(H_3PO_4)$:

$M(H_3PO_4) = 3 \times 1 + 31 + 4 \times 16 = 3 + 31 + 64 = 98 \text{ г/моль}$ (или $98 \text{ кг/кмоль}$)

4. Найдем количество вещества (в киломолях) фосфата кальция, который вступил в реакцию:

$\nu(Ca_3(PO_4)_2) = \frac{m(Ca_3(PO_4)_2)}{M(Ca_3(PO_4)_2)} = \frac{155 \text{ кг}}{310 \text{ кг/кмоль}} = 0.5 \text{ кмоль}$

5. Используя стехиометрические коэффициенты из уравнения реакции, найдем количество вещества образовавшейся фосфорной кислоты. Из уравнения видно, что из 1 моль $Ca_3(PO_4)_2$ образуется 2 моль $H_3PO_4$.

$\frac{\nu(Ca_3(PO_4)_2)}{1} = \frac{\nu(H_3PO_4)}{2}$

Следовательно, количество вещества фосфорной кислоты:

$\nu(H_3PO_4) = 2 \times \nu(Ca_3(PO_4)_2) = 2 \times 0.5 \text{ кмоль} = 1.0 \text{ кмоль}$

6. На последнем этапе вычислим массу полученной фосфорной кислоты:

$m(H_3PO_4) = \nu(H_3PO_4) \times M(H_3PO_4) = 1.0 \text{ кмоль} \times 98 \text{ кг/кмоль} = 98 \text{ кг}$

Ответ: масса образовавшейся фосфорной кислоты равна 98 кг.