Номер 29, страница 9 - гдз по химии 9 класс сборник задач и упражнений Габриелян, Тригубчак

1. Задачи на вычисление количества, массы или объёма продукта реакции, если одно из исходных веществ взято в избытке. Упражнения и задачи для самостоятельного решения - номер 29, страница 9.

Условие.

29. Через 100 мл раствора фосфорной кислоты, содержащего 17,8 % кислоты и имеющего плотность 1,1 г/мл, пропустили 3,36 л аммиака (н. у.). Определите массовые доли веществ в полученном растворе.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$V(\text{р-ра } H_3PO_4) = 100 \text{ мл}$
$\omega(H_3PO_4) = 17,8 \% = 0,178$
$\rho(\text{р-ра } H_3PO_4) = 1,1 \text{ г/мл}$
$V(NH_3) (\text{н. у.}) = 3,36 \text{ л}$

Найти:

$\omega(\text{веществ в полученном растворе}) - ?$

Решение:

1. Определим массы и количества веществ исходных реагентов.

Масса исходного раствора фосфорной кислоты:

$m(\text{р-ра } H_3PO_4) = V(\text{р-ра}) \cdot \rho(\text{р-ра}) = 100 \text{ мл} \cdot 1,1 \text{ г/мл} = 110 \text{ г}$

Масса чистой фосфорной кислоты в растворе:

$m(H_3PO_4) = m(\text{р-ра}) \cdot \omega(H_3PO_4) = 110 \text{ г} \cdot 0,178 = 19,58 \text{ г}$

Молярная масса фосфорной кислоты $M(H_3PO_4) = 98 \text{ г/моль}$.

Количество вещества фосфорной кислоты:

$n(H_3PO_4) = \frac{m(H_3PO_4)}{M(H_3PO_4)} = \frac{19,58 \text{ г}}{98 \text{ г/моль}} \approx 0,2 \text{ моль}$

Количество вещества аммиака (при нормальных условиях $V_m = 22,4 \text{ л/моль}$):

$n(NH_3) = \frac{V(NH_3)}{V_m} = \frac{3,36 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,15 \text{ моль}$

2. Определим, какая реакция протекает и какие вещества образуются.

Фосфорная кислота – трехосновная, и реакция с аммиаком может идти с образованием разных солей. Для определения продукта реакции найдем мольное соотношение реагентов:

$\frac{n(NH_3)}{n(H_3PO_4)} = \frac{0,15 \text{ моль}}{0,2 \text{ моль}} = 0,75$

Так как соотношение меньше 1, реакция идет с образованием кислой соли – дигидрофосфата аммония, а фосфорная кислота находится в избытке. Аммиак полностью вступает в реакцию.

Уравнение реакции:

$H_3PO_4 + NH_3 \rightarrow NH_4H_2PO_4$

3. Рассчитаем количества и массы веществ в конечном растворе.

Согласно уравнению, $0,15 \text{ моль}$ аммиака реагирует с $0,15 \text{ моль}$ фосфорной кислоты, образуя $0,15 \text{ моль}$ дигидрофосфата аммония ($NH_4H_2PO_4$).

Масса образовавшегося дигидрофосфата аммония ($M(NH_4H_2PO_4) = 115 \text{ г/моль}$):

$m(NH_4H_2PO_4) = n(NH_4H_2PO_4) \cdot M(NH_4H_2PO_4) = 0,15 \text{ моль} \cdot 115 \text{ г/моль} = 17,25 \text{ г}$

Масса избыточной фосфорной кислоты, оставшейся в растворе:

$m(H_3PO_4)_{\text{ост}} = m(H_3PO_4)_{\text{исх}} - m(H_3PO_4)_{\text{прореаг}} = 19,58 \text{ г} - (0,15 \text{ моль} \cdot 98 \text{ г/моль}) = 19,58 \text{ г} - 14,7 \text{ г} = 4,88 \text{ г}$

Масса воды в растворе не изменилась:

$m(H_2O) = m(\text{р-ра } H_3PO_4) - m(H_3PO_4)_{\text{исх}} = 110 \text{ г} - 19,58 \text{ г} = 90,42 \text{ г}$

4. Найдем массу конечного раствора и массовые доли компонентов.

Масса конечного раствора складывается из массы исходного раствора кислоты и массы поглощенного аммиака ($M(NH_3) = 17 \text{ г/моль}$):

$m(NH_3) = n(NH_3) \cdot M(NH_3) = 0,15 \text{ моль} \cdot 17 \text{ г/моль} = 2,55 \text{ г}$

$m(\text{конечн. р-ра}) = m(\text{р-ра } H_3PO_4) + m(NH_3) = 110 \text{ г} + 2,55 \text{ г} = 112,55 \text{ г}$

Массовые доли веществ в полученном растворе:

$\omega(NH_4H_2PO_4) = \frac{m(NH_4H_2PO_4)}{m(\text{конечн. р-ра})} = \frac{17,25 \text{ г}}{112,55 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 15,33\%$

$\omega(H_3PO_4) = \frac{m(H_3PO_4)_{\text{ост}}}{m(\text{конечн. р-ра})} = \frac{4,88 \text{ г}}{112,55 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 4,34\%$

$\omega(H_2O) = \frac{m(H_2O)}{m(\text{конечн. р-ра})} = \frac{90,42 \text{ г}}{112,55 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 80,33\%$

Ответ: массовая доля дигидрофосфата аммония $NH_4H_2PO_4$ составляет $15,33\%$; массовая доля фосфорной кислоты $H_3PO_4$ составляет $4,34\%$; массовая доля воды $H_2O$ составляет $80,33\%$.