Номер 57, страница 82 - гдз по химии 9 класс сборник задач и упражнений Габриелян, Тригубчак

8. Азот, фосфор и их соединения. Упражнения и задачи для самостоятельного решения - номер 57, страница 82.

Условие.

57. 20 г смеси, состоящей из $BaSO_4$, $Ca_3(PO_4)_2$, $CaCO_3$ и $Na_3PO_4$, растворили в воде. Масса нерастворившейся части составила 18 г. При действии на неё соляной кислоты выделилось 2,24 л газа (н. у.), а масса нерастворимого остатка составила 3 г. Определите массу каждой из солей в исходной смеси.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m(\text{смеси}) = 20 \text{ г}$
Состав смеси: сульфат бария ($BaSO_4$), фосфат кальция ($Ca_3(PO_4)_2$), карбонат кальция ($CaCO_3$), фосфат натрия ($Na_3PO_4$)
$m(\text{нерастворившейся части после обработки водой}) = 18 \text{ г}$
$V(\text{газа, н.у.}) = 2,24 \text{ л}$
$m(\text{нерастворимого остатка после обработки кислотой}) = 3 \text{ г}$

Найти:

$m(BaSO_4) - ?$
$m(Ca_3(PO_4)_2) - ?$
$m(CaCO_3) - ?$
$m(Na_3PO_4) - ?$

Решение:

1. Исходная смесь состоит из четырех солей. Проанализируем их растворимость в воде:

• Сульфат бария ($BaSO_4$) - нерастворим.
• Фосфат кальция ($Ca_3(PO_4)_2$) - нерастворим.
• Карбонат кальция ($CaCO_3$) - нерастворим.
• Фосфат натрия ($Na_3PO_4$) - растворим.

При растворении исходной смеси в воде в раствор перейдет только фосфат натрия. Масса нерастворившейся части (18 г) — это суммарная масса сульфата бария, фосфата кальция и карбоната кальция. Таким образом, можно найти массу фосфата натрия в исходной смеси:

$m(Na_3PO_4) = m(\text{смеси}) - m(\text{нерастворившейся части}) = 20 \text{ г} - 18 \text{ г} = 2 \text{ г}$

2. Нерастворившуюся часть массой 18 г, состоящую из $BaSO_4$, $Ca_3(PO_4)_2$ и $CaCO_3$, обработали соляной кислотой ($HCl$). Рассмотрим реакции:

• Карбонат кальция реагирует с соляной кислотой с выделением углекислого газа ($CO_2$):
  $CaCO_3 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2\uparrow$
• Фосфат кальция, как соль слабой кислоты, также реагирует с сильной соляной кислотой, но без выделения газа:
  $Ca_3(PO_4)_2 + 6HCl \rightarrow 3CaCl_2 + 2H_3PO_4$
• Сульфат бария, как соль сильной кислоты, с соляной кислотой не реагирует.

Выделившийся газ объемом 2,24 л (н. у.) — это углекислый газ $CO_2$. Найдем его количество вещества ($n$), зная молярный объем газа при нормальных условиях $V_m = 22,4 \text{ л/моль}$:

$n(CO_2) = \frac{V(CO_2)}{V_m} = \frac{2,24 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,1 \text{ моль}$

По уравнению реакции $n(CaCO_3) = n(CO_2) = 0,1 \text{ моль}$.

Найдем массу карбоната кальция, используя его молярную массу $M(CaCO_3) = 40 + 12 + 3 \cdot 16 = 100 \text{ г/моль}$:

$m(CaCO_3) = n(CaCO_3) \cdot M(CaCO_3) = 0,1 \text{ моль} \cdot 100 \text{ г/моль} = 10 \text{ г}$

3. После реакции с соляной кислотой остался нерастворимый остаток массой 3 г. Этим остатком является сульфат бария, так как он единственный не реагирует ни с водой, ни с соляной кислотой.

$m(BaSO_4) = 3 \text{ г}$

4. Теперь мы можем найти массу фосфата кальция. Масса нерастворившейся в воде части (18 г) складывалась из масс трех солей:

$m(\text{нерастворившейся части}) = m(BaSO_4) + m(CaCO_3) + m(Ca_3(PO_4)_2)$

Отсюда выразим и найдем массу фосфата кальция:

$m(Ca_3(PO_4)_2) = m(\text{нерастворившейся части}) - m(BaSO_4) - m(CaCO_3)$

$m(Ca_3(PO_4)_2) = 18 \text{ г} - 3 \text{ г} - 10 \text{ г} = 5 \text{ г}$

Ответ: масса фосфата натрия $m(Na_3PO_4) = 2 \text{ г}$; масса карбоната кальция $m(CaCO_3) = 10 \text{ г}$; масса сульфата бария $m(BaSO_4) = 3 \text{ г}$; масса фосфата кальция $m(Ca_3(PO_4)_2) = 5 \text{ г}$.