Номер C, страница 181 - гдз по химии 9 класс учебник Усманова, Сакарьянова

C

1. Напишите уравнения реакций, соответствующие следующим превращениям:

$ \text{Ca}_3(\text{PO}_4)_2 \rightarrow \text{P} \rightarrow \text{P}_2\text{O}_5 \rightarrow \text{H}_3\text{PO}_4 \rightarrow \text{Na}_2\text{HPO}_4 $

2. Какой раствор из приведенных ниже солей окрашивает фенолфталеин в малиновый цвет?

$ \text{K}_2\text{SO}_4, \text{K}_3\text{PO}_4, \text{KNO}_3, \text{KCl}. $ Напишите уравнения реакций.

3. Рассчитайте массу фосфорного ангидрида с 85%-м выходом из 5 т фосфорита, содержащего 15% примеси.

Ответ: 1,65 т.

1. Уравнения реакций для данной цепочки превращений:

1) Получение фосфора из фосфата кальция (основного компонента фосфорита) путем карботермического восстановления в присутствии диоксида кремния:

$2Ca_3(PO_4)_2 + 10C + 6SiO_2 \xrightarrow{t} P_4 + 10CO \uparrow + 6CaSiO_3$

Или в упрощенном виде, как часто записывают в школьном курсе, для получения атомарного фосфора, указанного в цепочке:

$Ca_3(PO_4)_2 + 5C + 3SiO_2 \xrightarrow{t} 2P + 5CO \uparrow + 3CaSiO_3$

2) Сжигание фосфора в избытке кислорода с образованием оксида фосфора(V) (фосфорного ангидрида):

$4P + 5O_2 \rightarrow 2P_2O_5$

3) Реакция фосфорного ангидрида с водой с образованием ортофосфорной кислоты:

$P_2O_5 + 3H_2O \rightarrow 2H_3PO_4$

4) Реакция нейтрализации ортофосфорной кислоты гидроксидом натрия с образованием кислой соли — гидрофосфата натрия:

$H_3PO_4 + 2NaOH \rightarrow Na_2HPO_4 + 2H_2O$

Ответ: Уравнения реакций: $Ca_3(PO_4)_2 + 5C + 3SiO_2 \rightarrow 2P + 5CO + 3CaSiO_3$; $4P + 5O_2 \rightarrow 2P_2O_5$; $P_2O_5 + 3H_2O \rightarrow 2H_3PO_4$; $H_3PO_4 + 2NaOH \rightarrow Na_2HPO_4 + 2H_2O$.

2. Фенолфталеин окрашивается в малиновый цвет в щелочной среде ($pH > 8,2$). Для этого необходимо, чтобы в растворе соли в результате гидролиза образовывались гидроксид-ионы ($OH^-$). Это происходит в случае солей, образованных сильным основанием и слабой кислотой.

Рассмотрим предложенные соли:

• $K_2SO_4$ (сульфат калия) – соль, образованная сильным основанием ($KOH$) и сильной кислотой ($H_2SO_4$). Гидролизу не подвергается, среда нейтральная ($pH \approx 7$).
• $K_3PO_4$ (фосфат калия) – соль, образованная сильным основанием ($KOH$) и слабой кислотой ($H_3PO_4$). Подвергается гидролизу по аниону, среда щелочная ($pH > 7$).
• $KNO_3$ (нитрат калия) – соль, образованная сильным основанием ($KOH$) и сильной кислотой ($HNO_3$). Гидролизу не подвергается, среда нейтральная ($pH \approx 7$).
• $KCl$ (хлорид калия) – соль, образованная сильным основанием ($KOH$) и сильной кислотой ($HCl$). Гидролизу не подвергается, среда нейтральная ($pH \approx 7$).

Таким образом, раствор фосфата калия $K_3PO_4$ будет окрашивать фенолфталеин в малиновый цвет.

Уравнение гидролиза (первая ступень, определяющая щелочную среду):

В ионном виде:

$PO_4^{3-} + H_2O \rightleftharpoons HPO_4^{2-} + OH^-$

В молекулярном виде:

$K_3PO_4 + H_2O \rightleftharpoons K_2HPO_4 + KOH$

Ответ: Раствор $K_3PO_4$ (фосфата калия). Уравнение реакции гидролиза: $PO_4^{3-} + H_2O \rightleftharpoons HPO_4^{2-} + OH^-$.

3. Дано:

$m(\text{фосфорита}) = 5 \text{ т}$

$\omega(\text{примесей}) = 15\% = 0.15$

$\eta(\text{выход}) = 85\% = 0.85$

Перевод в СИ:

$m(\text{фосфорита}) = 5 \text{ т} = 5 \times 10^3 \text{ кг}$

Найти:

$m(P_2O_5) - ?$

Решение:

1. Найдем массу чистого фосфата кальция ($Ca_3(PO_4)_2$) в фосфорите. Массовая доля чистого вещества составляет $100\% - 15\% = 85\%$ или 0.85.

$m(Ca_3(PO_4)_2) = m(\text{фосфорита}) \times (1 - \omega(\text{примесей})) = 5 \text{ т} \times (1 - 0.15) = 4.25 \text{ т}$

2. Запишем суммарную схему превращения фосфата кальция в фосфорный ангидрид, чтобы определить стехиометрическое соотношение:

$Ca_3(PO_4)_2 \rightarrow P_2O_5$

3. Рассчитаем молярные массы $Ca_3(PO_4)_2$ и $P_2O_5$.

$M(Ca_3(PO_4)_2) = 3 \times 40 + 2 \times (31 + 4 \times 16) = 120 + 2 \times 95 = 310 \text{ г/моль (или т/кмоль)}$

$M(P_2O_5) = 2 \times 31 + 5 \times 16 = 62 + 80 = 142 \text{ г/моль (или т/кмоль)}$

4. Из схемы превращения видно, что из 1 моль $Ca_3(PO_4)_2$ (содержит 2 атома P) образуется 1 моль $P_2O_5$ (содержит 2 атома P). Следовательно, $n(Ca_3(PO_4)_2) = n(P_2O_5)$.

Составим пропорцию для нахождения теоретической массы $P_2O_5$:

Из 310 т $Ca_3(PO_4)_2$ получается 142 т $P_2O_5$

Из 4.25 т $Ca_3(PO_4)_2$ получается $m_{теор}(P_2O_5)$

$m_{теор}(P_2O_5) = \frac{4.25 \text{ т} \times 142 \text{ т/кмоль}}{310 \text{ т/кмоль}} \approx 1.947 \text{ т}$

5. Рассчитаем практическую массу $P_2O_5$ с учетом выхода реакции 85%.

$m_{практ}(P_2O_5) = m_{теор}(P_2O_5) \times \eta = 1.947 \text{ т} \times 0.85 \approx 1.65495 \text{ т}$

Округляя до сотых, получаем 1.65 т.

Ответ: 1,65 т.