Номер 60, 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 60, страница 83.

Условие.

60. 50 г смеси фосфата кальция и карбонатов кальция и аммония прокалили, в результате получили 25,2 г твердого остатка, к которому добавили воду, а затем пропустили избыток углекислого газа. Масса нерастворившегося остатка составила 14 г. Определите массу карбоната аммония в исходной смеси.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m(\text{смеси}) = 50 \text{ г} = 0.05 \text{ кг}$
смесь: фосфат кальция ($Ca_3(PO_4)_2$), карбонат кальция ($CaCO_3$), карбонат аммония ($(NH_4)_2CO_3$)
$m(\text{тв. остатка после прокаливания}) = 25.2 \text{ г} = 0.0252 \text{ кг}$
$m(\text{нераств. остатка после обработки водой и } CO_2) = 14 \text{ г} = 0.014 \text{ кг}$

Найти:

$m((NH_4)_2CO_3)$ в исходной смеси

Решение:

1. Запишем уравнения химических реакций, происходящих в ходе эксперимента.
При прокаливании (нагревании) смеси происходят следующие реакции разложения:
Карбонат кальция разлагается на оксид кальция и углекислый газ:
$CaCO_3 \xrightarrow{t^\circ} CaO + CO_2\uparrow$
Карбонат аммония разлагается на аммиак, углекислый газ и воду (все продукты газообразны):
$(NH_4)_2CO_3 \xrightarrow{t^\circ} 2NH_3\uparrow + CO_2\uparrow + H_2O\uparrow$
Фосфат кальция ($Ca_3(PO_4)_2$) является термостойким соединением и при прокаливании не разлагается.
Таким образом, твёрдый остаток после прокаливания массой 25,2 г состоит из фосфата кальция и оксида кальция.
$m(Ca_3(PO_4)_2) + m(CaO) = 25.2 \text{ г}$

2. К полученному твёрдому остатку добавляют воду, а затем пропускают избыток углекислого газа.
Оксид кальция реагирует с водой с образованием гидроксида кальция:
$CaO + H_2O \rightarrow Ca(OH)_2$
Фосфат кальция в воде нерастворим.
При пропускании избытка углекислого газа через полученную смесь гидроксид кальция сначала образует нерастворимый карбонат кальция, который затем, реагируя с избытком $CO_2$ в водной среде, переходит в растворимый гидрокарбонат кальция:
$Ca(OH)_2 + CO_2 \rightarrow CaCO_3\downarrow + H_2O$
$CaCO_3 + H_2O + CO_2(\text{изб.}) \rightarrow Ca(HCO_3)_2(\text{растворим})$
Следовательно, нерастворившийся остаток массой 14 г представляет собой только фосфат кальция ($Ca_3(PO_4)_2$), так как он не участвовал в реакциях и нерастворим в воде.
$m(Ca_3(PO_4)_2) = 14 \text{ г}$

3. Зная массу фосфата кальция, найдем массу оксида кальция в остатке после прокаливания.
$m(CaO) = m(\text{тв. остатка после прокаливания}) - m(Ca_3(PO_4)_2)$
$m(CaO) = 25.2 \text{ г} - 14 \text{ г} = 11.2 \text{ г}$

4. По массе образовавшегося оксида кальция найдем массу карбоната кальция в исходной смеси.
Рассчитаем молярные массы $CaO$ и $CaCO_3$:
$M(CaO) = 40 + 16 = 56 \text{ г/моль}$
$M(CaCO_3) = 40 + 12 + 3 \cdot 16 = 100 \text{ г/моль}$
Найдем количество вещества оксида кальция:
$n(CaO) = \frac{m(CaO)}{M(CaO)} = \frac{11.2 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} = 0.2 \text{ моль}$
Согласно уравнению реакции $CaCO_3 \rightarrow CaO + CO_2$, количество вещества карбоната кальция равно количеству вещества оксида кальция:
$n(CaCO_3) = n(CaO) = 0.2 \text{ моль}$
Найдем массу карбоната кальция в исходной смеси:
$m(CaCO_3) = n(CaCO_3) \cdot M(CaCO_3) = 0.2 \text{ моль} \cdot 100 \text{ г/моль} = 20 \text{ г}$

5. Наконец, определим массу карбоната аммония в исходной смеси, зная общую массу смеси и массы двух других ее компонентов.
$m(\text{смеси}) = m(Ca_3(PO_4)_2) + m(CaCO_3) + m((NH_4)_2CO_3)$
$m((NH_4)_2CO_3) = m(\text{смеси}) - m(Ca_3(PO_4)_2) - m(CaCO_3)$
$m((NH_4)_2CO_3) = 50 \text{ г} - 14 \text{ г} - 20 \text{ г} = 16 \text{ г}$

Ответ: масса карбоната аммония в исходной смеси составляет 16 г.