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.

6. В 980 г 5%-го раствора фосфорной кислоты растворили 152 г оксида фосфора (V). Вычислите массовую долю фосфорной кислоты в полученном растворе.

Дано:

$m_{р-ра1}(H_3PO_4) = 980$ г

$\omega_1(H_3PO_4) = 5\%$ (или 0.05)

$m(P_2O_5) = 152$ г

Найти:

$\omega_{конечн}(H_3PO_4)$ — ?

Решение:

1. Определим массу фосфорной кислоты ($H_3PO_4$) и воды в исходном растворе.

Масса фосфорной кислоты в исходном растворе:

$m_1(H_3PO_4) = m_{р-ра1} \cdot \omega_1(H_3PO_4) = 980 \text{ г} \cdot 0.05 = 49$ г.

2. При растворении оксида фосфора(V) ($P_2O_5$) в воде происходит химическая реакция с образованием фосфорной кислоты. Уравнение реакции:

$P_2O_5 + 3H_2O \rightarrow 2H_3PO_4$

3. Рассчитаем массу фосфорной кислоты, которая дополнительно образовалась в результате реакции. Для этого вычислим молярные массы реагента и продукта:

Молярная масса оксида фосфора(V):

$M(P_2O_5) = 2 \cdot A_r(P) + 5 \cdot A_r(O) = 2 \cdot 31 + 5 \cdot 16 = 142$ г/моль.

Молярная масса фосфорной кислоты:

$M(H_3PO_4) = 3 \cdot A_r(H) + A_r(P) + 4 \cdot A_r(O) = 3 \cdot 1 + 31 + 4 \cdot 16 = 98$ г/моль.

По уравнению реакции, из 142 г $P_2O_5$ образуется $2 \cdot 98 = 196$ г $H_3PO_4$. Составим пропорцию, чтобы найти массу $H_3PO_4$, образовавшуюся из 152 г $P_2O_5$:

$m_{прод}(H_3PO_4) = m(P_2O_5) \cdot \frac{2 \cdot M(H_3PO_4)}{M(P_2O_5)} = 152 \text{ г} \cdot \frac{196 \text{ г/моль}}{142 \text{ г/моль}} \approx 209.86$ г.

4. Найдем общую массу фосфорной кислоты в конечном растворе. Она равна сумме массы кислоты в исходном растворе и массы кислоты, образовавшейся в реакции:

$m_{конечн}(H_3PO_4) = m_1(H_3PO_4) + m_{прод}(H_3PO_4) = 49 \text{ г} + 209.86 \text{ г} = 258.86$ г.

5. Найдем массу конечного раствора. Она равна сумме массы исходного раствора и массы добавленного оксида фосфора(V):

$m_{р-ра, конечн} = m_{р-ра1} + m(P_2O_5) = 980 \text{ г} + 152 \text{ г} = 1132$ г.

6. Вычислим массовую долю фосфорной кислоты в полученном растворе по формуле:

$\omega = \frac{m_{вещества}}{m_{раствора}} \cdot 100\%$

$\omega_{конечн}(H_3PO_4) = \frac{m_{конечн}(H_3PO_4)}{m_{р-ра, конечн}} \cdot 100\% = \frac{258.86 \text{ г}}{1132 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 22.87\%$

Ответ: массовая доля фосфорной кислоты в полученном растворе составляет 22.87%.

7. «...Да! Это была собака, огромная, чёрная, как смоль. Но такой собаки ещё никто из нас, смертных, не видывал. Из её отверстой пасти вырывалось пламя, глаза метали искры, по морде и загривку мерцал переливающийся огонь. Ни в чьём воспалённом мозгу не могло возникнуть видение более страшное, более омерзительное, чем это адское существо, выскочившее на нас из тумана... Страшный пёс, величиной с молодую львицу. Его огромная пасть всё ещё светилась голубоватым пламенем, глубоко сидящие дикие глаза были обведены огненными кругами. Я дотронулся до этой светящейся головы и, отняв руку, увидел, что мои пальцы тоже засветились в темноте.

— Фосфор, — сказал я».

В этом отрывке из повести «Собака Баскервилей» А. Конан Дойл допустил существенную химическую ошибку. Назовите её.

Решение

В приведенном отрывке из повести Артура Конан Дойла «Собака Баскервилей» герой предполагает, что светящееся вещество на шерсти собаки — это фосфор. Описанное явление — свечение в темноте (хемилюминесценция) — действительно характерно для одной из аллотропных модификаций фосфора, а именно для белого фосфора. Он медленно окисляется на воздухе кислородом, излучая при этом видимый свет.

Однако автор допустил существенную химическую ошибку, связанную со свойствами этого вещества.

Белый фосфор чрезвычайно ядовит и химически агрессивен. Его смертельная доза для человека составляет около 0,05-0,15 грамма. При контакте с кожей он вызывает тяжелейшие химические ожоги, которые долго и мучительно заживают, так как фосфор проникает глубоко в ткани, продолжая окисляться и вызывать их некроз. Кроме того, белый фосфор легко воспламеняется на воздухе (температура самовоспламенения около 30–40 °C), то есть от тепла тела животного или человека он бы просто загорелся.

В тексте же герой (предположительно доктор Ватсон) без каких-либо последствий дотрагивается до «светящейся головы» собаки. Его пальцы начинают светиться, но он не получает ни ожога, ни отравления. Это абсолютно невозможно с точки зрения химии.

Более того, нанесение такого состава на живую собаку привело бы к ее быстрой и мучительной гибели от обширных ожогов и тяжелого отравления. Животное, покрытое белым фосфором, не смогло бы бегать и нападать на людей, а билось бы в агонии.

Таким образом, химическая ошибка заключается в игнорировании токсичности и высокой химической активности белого фосфора.

Ответ: Существенная химическая ошибка, допущенная А. Конан Дойлом, состоит в том, что белый фосфор, который предположительно использовался для создания эффекта светящейся собаки, является чрезвычайно ядовитым и едким веществом. При контакте с кожей он вызывает тяжелейшие химические ожоги. Герой не мог дотронуться до него без серьезных последствий, а собака, покрытая таким веществом, погибла бы от ожогов и отравления.