Номер 5, страница 218 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

5. Рассчитайте массу 80%-й фосфорной кислоты, которую можно получить из 31 кг фосфора, содержащего 5% примесей.

Дано:

$m(\text{P}_{\text{техн.}}) = 31 \text{ кг}$
$\omega(\text{примесей}) = 5\% = 0.05$
$\omega(\text{H}_3\text{PO}_4)_{\text{р-ра}} = 80\% = 0.80$

Найти:

$m(\text{р-ра H}_3\text{PO}_4) - ?$

Решение:

1. Сначала определим массу чистого фосфора, который вступит в реакцию. Для этого найдем массовую долю чистого фосфора в исходном образце:

$\omega(\text{P}_{\text{чист.}}) = 100\% - \omega(\text{примесей}) = 100\% - 5\% = 95\% \text{ или } 0.95$

Теперь рассчитаем массу чистого фосфора:

$m(\text{P}_{\text{чист.}}) = m(\text{P}_{\text{техн.}}) \times \omega(\text{P}_{\text{чист.}}) = 31 \text{ кг} \times 0.95 = 29.45 \text{ кг}$

2. Процесс получения фосфорной кислоты из фосфора можно представить следующей схемой превращений, которая показывает, что из одного атома фосфора образуется одна молекула фосфорной кислоты:

$P \rightarrow P_2O_5 \rightarrow H_3PO_4$

Суммарное уравнение реакции выглядит так:

$4P + 5O_2 + 6H_2O \rightarrow 4H_3PO_4$

Из уравнения видно, что соотношение количеств вещества фосфора и фосфорной кислоты составляет $4:4$ или $1:1$.

$\nu(P) = \nu(H_3PO_4)$

3. Рассчитаем молярные массы фосфора (P) и фосфорной кислоты ($H_3PO_4$). Поскольку исходные данные даны в килограммах, удобно вести расчеты в киломолях (кмоль).

Молярная масса фосфора: $M(P) \approx 31 \text{ г/моль} = 31 \text{ кг/кмоль}$

Молярная масса фосфорной кислоты: $M(H_3PO_4) = 3 \times 1 + 31 + 4 \times 16 = 98 \text{ г/моль} = 98 \text{ кг/кмоль}$

4. Найдем количество вещества чистого фосфора:

$\nu(P) = \frac{m(\text{P}_{\text{чист.}})}{M(P)} = \frac{29.45 \text{ кг}}{31 \text{ кг/кмоль}} = 0.95 \text{ кмоль}$

5. Согласно стехиометрии реакции, количество вещества полученной фосфорной кислоты будет таким же:

$\nu(H_3PO_4) = \nu(P) = 0.95 \text{ кмоль}$

6. Рассчитаем массу чистой фосфорной кислоты, которая образуется в результате реакции:

$m(H_3PO_4)_{\text{чист.}} = \nu(H_3PO_4) \times M(H_3PO_4) = 0.95 \text{ кмоль} \times 98 \text{ кг/кмоль} = 93.1 \text{ кг}$

7. На последнем этапе найдем массу 80%-го раствора фосфорной кислоты, который содержит 93.1 кг чистого $H_3PO_4$. Масса раствора вычисляется по формуле:

$m(\text{раствора}) = \frac{m(\text{растворенного вещества})}{\omega(\text{растворенного вещества})}$

$m(\text{р-ра H}_3\text{PO}_4) = \frac{m(H_3PO_4)_{\text{чист.}}}{\omega(H_3PO_4)_{\text{р-ра}}} = \frac{93.1 \text{ кг}}{0.80} = 116.375 \text{ кг}$

Ответ: масса 80%-й фосфорной кислоты, которую можно получить, составляет 116.375 кг.