Номер 59, страница 83 - гдз по химии 9 класс сборник задач и упражнений Габриелян, Тригубчак

8. Азот, фосфор и их соединения. Упражнения и задачи для самостоятельного решения - номер 59, страница 83.

Условие.

59. $40 \text{ г}$ минерала, содержащего $77,5\%$ фосфата кальция, смешали с избытком песка и угля и нагрели без доступа воздуха в электрической печи. Полученное простое вещество растворили в $140 \text{ г}$ $90\%$-ного раствора азотной кислоты. Рассчитайте массу гидроксида натрия, который потребуется для полной нейтрализации продукта окисления в этой реакции.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m(минерала) = 40 \text{ г}$

$\omega(Ca_3(PO_4)_2) = 77.5\% = 0.775$

$m(р-ра\ HNO_3) = 140 \text{ г}$

$\omega(HNO_3) = 90\% = 0.90$

Перевод в СИ:

$m(минерала) = 0.04 \text{ кг}$

$m(р-ра\ HNO_3) = 0.14 \text{ кг}$

Найти:

$m(NaOH) - ?$

Решение:

1. Рассчитаем массу чистого фосфата кальция $Ca_3(PO_4)_2$ в минерале:

$m(Ca_3(PO_4)_2) = m(минерала) \times \omega(Ca_3(PO_4)_2) = 40 \text{ г} \times 0.775 = 31 \text{ г}$

2. Найдем количество вещества фосфата кальция. Молярная масса $Ca_3(PO_4)_2$:

$M(Ca_3(PO_4)_2) = 3 \times 40 + 2 \times (31 + 4 \times 16) = 310 \text{ г/моль}$

$n(Ca_3(PO_4)_2) = \frac{m(Ca_3(PO_4)_2)}{M(Ca_3(PO_4)_2)} = \frac{31 \text{ г}}{310 \text{ г/моль}} = 0.1 \text{ моль}$

3. При нагревании фосфата кальция с песком и углем образуется простое вещество - фосфор. Запишем уравнение реакции:

$2Ca_3(PO_4)_2 + 6SiO_2 + 10C \xrightarrow{t} P_4 + 6CaSiO_3 + 10CO$

По уравнению реакции, из 2 моль $Ca_3(PO_4)_2$ образуется 1 моль $P_4$. Рассчитаем количество вещества образовавшегося фосфора (в пересчете на атомы, чтобы упростить дальнейшие расчеты):

$n(P) = 2 \times n(Ca_3(PO_4)_2) = 2 \times 0.1 \text{ моль} = 0.2 \text{ моль}$

4. Полученный фосфор растворили в растворе азотной кислоты. Рассчитаем массу чистой азотной кислоты $HNO_3$ и ее количество вещества:

$m(HNO_3) = m(р-ра\ HNO_3) \times \omega(HNO_3) = 140 \text{ г} \times 0.90 = 126 \text{ г}$

$M(HNO_3) = 1 + 14 + 3 \times 16 = 63 \text{ г/моль}$

$n(HNO_3) = \frac{m(HNO_3)}{M(HNO_3)} = \frac{126 \text{ г}}{63 \text{ г/моль}} = 2 \text{ моль}$

5. Запишем уравнение реакции окисления фосфора азотной кислотой и определим, какое вещество находится в недостатке:

$P + 5HNO_3 \rightarrow H_3PO_4 + 5NO_2\uparrow + H_2O$

По уравнению, на 1 моль $P$ требуется 5 моль $HNO_3$. У нас есть 0.2 моль $P$. Необходимое количество $HNO_3$:

$n_{треб.}(HNO_3) = 5 \times n(P) = 5 \times 0.2 \text{ моль} = 1 \text{ моль}$

Поскольку у нас есть 2 моль $HNO_3$ ($2 \text{ моль} > 1 \text{ моль}$), азотная кислота находится в избытке. Расчет ведем по фосфору.

6. Продукт окисления фосфора в этой реакции - фосфорная кислота $H_3PO_4$. Найдем ее количество вещества по уравнению реакции:

$n(H_3PO_4) = n(P) = 0.2 \text{ моль}$

7. Для полной нейтрализации фосфорной кислоты используется гидроксид натрия $NaOH$. Запишем уравнение реакции:

$H_3PO_4 + 3NaOH \rightarrow Na_3PO_4 + 3H_2O$

Из уравнения следует, что для нейтрализации 1 моль $H_3PO_4$ требуется 3 моль $NaOH$. Найдем количество вещества $NaOH$:

$n(NaOH) = 3 \times n(H_3PO_4) = 3 \times 0.2 \text{ моль} = 0.6 \text{ моль}$

8. Рассчитаем массу гидроксида натрия, необходимого для реакции:

$M(NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40 \text{ г/моль}$

$m(NaOH) = n(NaOH) \times M(NaOH) = 0.6 \text{ моль} \times 40 \text{ г/моль} = 24 \text{ г}$

Ответ: для полной нейтрализации продукта окисления потребуется 24 г гидроксида натрия.