Номер 14, страница 7 - гдз по химии 9 класс сборник задач и упражнений Габриелян, Тригубчак

Упражнения и задачи для самостоятельного решения. 1. Задачи на вычисление количества, массы или объёма продукта реакции, если одно из исходных веществ взято в избытке - номер 14, страница 7.

Условие.

14. Какую массу высшего оксида фосфора можно получить при взаимодействии 77,5 г фосфора с кислородом объёмом 13,44 л (н. у.)? Какая масса фосфорной кислоты образуется при взаимодействии этого оксида с необходимым количеством воды?

Решение.

Решение 2.

Какую массу высшего оксида фосфора можно получить при взаимодействии 77,5 г фосфора с кислородом объёмом 13,44 л (н. у.)?

Дано:
масса фосфора $m(P) = 77,5 \text{ г}$
объем кислорода $V(O_2) = 13,44 \text{ л}$ (н. у.)

Найти:
массу оксида фосфора(V) $m(P_2O_5)\text{ — ?}$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции горения фосфора в кислороде с образованием высшего оксида фосфора(V):

$4P + 5O_2 \rightarrow 2P_2O_5$

2. Найдем количество вещества (моль) для каждого из исходных реагентов. Молярная масса фосфора $M(P) \approx 31 \text{ г/моль}$. Молярный объем газов при нормальных условиях (н. у.) $V_m = 22,4 \text{ л/моль}$.

Количество вещества фосфора:

$n(P) = \frac{m(P)}{M(P)} = \frac{77,5 \text{ г}}{31 \text{ г/моль}} = 2,5 \text{ моль}$

Количество вещества кислорода:

$n(O_2) = \frac{V(O_2)}{V_m} = \frac{13,44 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,6 \text{ моль}$

3. Определим, какой из реагентов находится в недостатке (лимитирующий реагент). Для этого сравним мольные соотношения реагентов по уравнению реакции и по условию задачи.

Согласно уравнению реакции, на 4 моль фосфора требуется 5 моль кислорода. Необходимое соотношение: $\frac{n(P)}{n(O_2)} = \frac{4}{5} = 0,8$.

Фактическое соотношение по условию задачи: $\frac{n(P)}{n(O_2)} = \frac{2,5 \text{ моль}}{0,6 \text{ моль}} \approx 4,17$.

Поскольку $4,17 > 0,8$, фосфор находится в избытке, а кислород — в недостатке. Дальнейший расчет продукта реакции будем вести по лимитирующему реагенту, то есть по кислороду.

4. Рассчитаем количество вещества оксида фосфора(V), которое образуется в реакции. По уравнению реакции, из 5 моль $O_2$ образуется 2 моль $P_2O_5$. Составим пропорцию:

$\frac{n(O_2)}{5} = \frac{n(P_2O_5)}{2}$

Отсюда находим количество вещества $P_2O_5$:

$n(P_2O_5) = \frac{2 \cdot n(O_2)}{5} = \frac{2 \cdot 0,6 \text{ моль}}{5} = 0,24 \text{ моль}$

5. Найдем массу образовавшегося оксида фосфора(V). Молярная масса $P_2O_5$: $M(P_2O_5) = 2 \cdot M(P) + 5 \cdot M(O) = 2 \cdot 31 + 5 \cdot 16 = 62 + 80 = 142 \text{ г/моль}$.

$m(P_2O_5) = n(P_2O_5) \cdot M(P_2O_5) = 0,24 \text{ моль} \cdot 142 \text{ г/моль} = 34,08 \text{ г}$

Ответ: можно получить 34,08 г высшего оксида фосфора.

---

Какая масса фосфорной кислоты образуется при взаимодействии этого оксида с необходимым количеством воды?

Дано:
масса оксида фосфора(V) $m(P_2O_5) = 34,08 \text{ г}$

Найти:
массу фосфорной кислоты $m(H_3PO_4)\text{ — ?}$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции взаимодействия оксида фосфора(V) с водой с образованием фосфорной (ортофосфорной) кислоты:

$P_2O_5 + 3H_2O \rightarrow 2H_3PO_4$

2. Количество вещества оксида фосфора(V), вступающего в реакцию, было рассчитано в первой части задачи: $n(P_2O_5) = 0,24 \text{ моль}$. Условие "с необходимым количеством воды" означает, что вода не является лимитирующим реагентом.

3. Рассчитаем количество вещества фосфорной кислоты, которое образуется в результате реакции. По уравнению, из 1 моль $P_2O_5$ образуется 2 моль $H_3PO_4$. Составим пропорцию:

$\frac{n(P_2O_5)}{1} = \frac{n(H_3PO_4)}{2}$

Отсюда находим количество вещества $H_3PO_4$:

$n(H_3PO_4) = 2 \cdot n(P_2O_5) = 2 \cdot 0,24 \text{ моль} = 0,48 \text{ моль}$

4. Найдем массу образовавшейся фосфорной кислоты. Молярная масса $H_3PO_4$: $M(H_3PO_4) = 3 \cdot M(H) + M(P) + 4 \cdot M(O) = 3 \cdot 1 + 31 + 4 \cdot 16 = 3 + 31 + 64 = 98 \text{ г/моль}$.

$m(H_3PO_4) = n(H_3PO_4) \cdot M(H_3PO_4) = 0,48 \text{ моль} \cdot 98 \text{ г/моль} = 47,04 \text{ г}$

Ответ: образуется 47,04 г фосфорной кислоты.