Номер 3, страница 46 - гдз по химии 9 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

3. 124 г фосфора, содержащего 25 % $P_2O_5$ в виде примесей, сожгли в кислороде. Продукт растворили в 1 л воды. Рассчитайте массовую долю $H_3PO_4$ в полученном растворе.

Дано:

Решение:

Дано:

$m(\text{смеси}) = 124 \text{ г}$

$\omega(\text{примеси } P_2O_5) = 25\%$

$V(H_2O) = 1 \text{ л}$

$\rho(H_2O) \approx 1 \text{ г/мл}$

Перевод в СИ:

$m(\text{смеси}) = 0.124 \text{ кг}$

$V(H_2O) = 1 \text{ л} = 0.001 \text{ м}^3$

$m(H_2O) = \rho(H_2O) \times V(H_2O) \approx 1000 \text{ кг/м}^3 \times 0.001 \text{ м}^3 = 1 \text{ кг}$

Найти:

$\omega(H_3PO_4)$ - ?

Решение:

1. Определим массы чистого фосфора и примеси оксида фосфора(V) ($P_2O_5$) в исходной смеси.

Масса примеси $P_2O_5$:

$m(\text{примеси } P_2O_5) = m(\text{смеси}) \times \omega(\text{примеси}) = 124 \text{ г} \times 0.25 = 31 \text{ г}$

Массовая доля чистого фосфора (P) составляет $100\% - 25\% = 75\%$.

Масса чистого фосфора:

$m(P) = m(\text{смеси}) \times (1 - \omega(\text{примеси})) = 124 \text{ г} \times 0.75 = 93 \text{ г}$

2. Рассчитаем количество вещества чистого фосфора. Молярная масса фосфора $M(P) \approx 31$ г/моль.

$n(P) = \frac{m(P)}{M(P)} = \frac{93 \text{ г}}{31 \text{ г/моль}} = 3 \text{ моль}$

3. При сжигании фосфора в кислороде образуется оксид фосфора(V). Запишем уравнение реакции и найдем массу продукта.

$4P + 5O_2 \rightarrow 2P_2O_5$

По уравнению реакции из 4 моль P образуется 2 моль $P_2O_5$. Следовательно, количество вещества образовавшегося оксида фосфора:

$n_1(P_2O_5) = \frac{2}{4} \times n(P) = \frac{1}{2} \times 3 \text{ моль} = 1.5 \text{ моль}$

Молярная масса оксида фосфора(V) $M(P_2O_5) = 2 \times 31 + 5 \times 16 = 142$ г/моль.

Масса $P_2O_5$, полученного при сжигании:

$m_1(P_2O_5) = n_1(P_2O_5) \times M(P_2O_5) = 1.5 \text{ моль} \times 142 \text{ г/моль} = 213 \text{ г}$

4. Найдем общую массу оксида фосфора(V), который растворяется в воде. Она равна сумме массы примеси и массы оксида, полученного в реакции.

$m_{общ}(P_2O_5) = m(\text{примеси } P_2O_5) + m_1(P_2O_5) = 31 \text{ г} + 213 \text{ г} = 244 \text{ г}$

5. Оксид фосфора(V) реагирует с водой с образованием фосфорной кислоты ($H_3PO_4$). Рассчитаем массу кислоты.

$P_2O_5 + 3H_2O \rightarrow 2H_3PO_4$

Найдем общее количество вещества $P_2O_5$:

$n_{общ}(P_2O_5) = \frac{m_{общ}(P_2O_5)}{M(P_2O_5)} = \frac{244 \text{ г}}{142 \text{ г/моль}} = \frac{122}{71} \text{ моль}$

Согласно уравнению реакции, из 1 моль $P_2O_5$ образуется 2 моль $H_3PO_4$.

$n(H_3PO_4) = 2 \times n_{общ}(P_2O_5) = 2 \times \frac{122}{71} \text{ моль} = \frac{244}{71} \text{ моль} \approx 3.437 \text{ моль}$

Молярная масса фосфорной кислоты $M(H_3PO_4) = 3 \times 1 + 31 + 4 \times 16 = 98$ г/моль.

Масса образовавшейся $H_3PO_4$:

$m(H_3PO_4) = n(H_3PO_4) \times M(H_3PO_4) = \frac{244}{71} \text{ моль} \times 98 \text{ г/моль} = \frac{23912}{71} \text{ г} \approx 336.79 \text{ г}$

6. Рассчитаем массу конечного раствора. Она складывается из массы воды и общей массы растворенного в ней оксида фосфора(V).

Масса воды: $V(H_2O) = 1 \text{ л} = 1000 \text{ мл}$. При плотности $\rho(H_2O) \approx 1$ г/мл, масса воды $m(H_2O) = 1000$ г.

Масса раствора:

$m(\text{раствора}) = m_{общ}(P_2O_5) + m(H_2O) = 244 \text{ г} + 1000 \text{ г} = 1244 \text{ г}$

7. Рассчитаем массовую долю фосфорной кислоты в полученном растворе.

$\omega(H_3PO_4) = \frac{m(H_3PO_4)}{m(\text{раствора})} \times 100\% = \frac{336.79 \text{ г}}{1244 \text{ г}} \times 100\% \approx 27.07\%$

Ответ: Массовая доля фосфорной кислоты в полученном растворе составляет примерно 27.1%.