Номер 1125, страница 178 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1125. В воде массой 52,8 г растворили оксид фосфора(V) массой 11,2 г. В результате реакции образовался раствор ортофосфорной кислоты. Рассчитайте массовую долю ортофосфорной кислоты в полученном растворе.

Дано:

масса воды $m(H_2O) = 52,8$ г

масса оксида фосфора(V) $m(P_2O_5) = 11,2$ г

$m(H_2O) = 0,0528$ кг

$m(P_2O_5) = 0,0112$ кг

Найти:

массовую долю ортофосфорной кислоты $\omega(H_3PO_4)$

Решение:

1. При растворении оксида фосфора(V) в воде происходит химическая реакция с образованием ортофосфорной кислоты. Запишем уравнение этой реакции:

$P_2O_5 + 3H_2O \rightarrow 2H_3PO_4$

2. Для проведения расчетов нам понадобятся молярные массы веществ. Вычислим их, используя относительные атомные массы элементов из Периодической системы: $Ar(H) = 1$, $Ar(P) = 31$, $Ar(O) = 16$.

Молярная масса оксида фосфора(V):

$M(P_2O_5) = 2 \cdot Ar(P) + 5 \cdot Ar(O) = 2 \cdot 31 + 5 \cdot 16 = 142$ г/моль

Молярная масса воды:

$M(H_2O) = 2 \cdot Ar(H) + Ar(O) = 2 \cdot 1 + 16 = 18$ г/моль

Молярная масса ортофосфорной кислоты:

$M(H_3PO_4) = 3 \cdot Ar(H) + Ar(P) + 4 \cdot Ar(O) = 3 \cdot 1 + 31 + 4 \cdot 16 = 98$ г/моль

3. Найдем количество вещества (число молей) для каждого из реагентов:

$n(P_2O_5) = \frac{m(P_2O_5)}{M(P_2O_5)} = \frac{11,2 \text{ г}}{142 \text{ г/моль}} \approx 0,07887$ моль

$n(H_2O) = \frac{m(H_2O)}{M(H_2O)} = \frac{52,8 \text{ г}}{18 \text{ г/моль}} \approx 2,933$ моль

4. Определим, какой из реагентов находится в недостатке (лимитирующий реагент), чтобы по нему вести дальнейшие расчеты. Согласно уравнению реакции, на 1 моль $P_2O_5$ расходуется 3 моль $H_2O$.

Рассчитаем, сколько моль воды необходимо для реакции со всем имеющимся оксидом фосфора(V):

$n_{необх.}(H_2O) = 3 \cdot n(P_2O_5) = 3 \cdot 0,07887 \text{ моль} \approx 0,237$ моль

Так как у нас в наличии 2,933 моль воды ($2,933 > 0,237$), вода находится в избытке. Следовательно, оксид фосфора(V) прореагирует полностью, и он является лимитирующим реагентом.

5. Рассчитаем массу ортофосфорной кислоты, которая образовалась в результате реакции. Расчет будем вести по лимитирующему реагенту ($P_2O_5$).

Из уравнения реакции видно, что 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 количество вещества ортофосфорной кислоты:

$n(H_3PO_4) = 2 \cdot n(P_2O_5) = 2 \cdot \frac{11,2}{142}$ моль

Масса образовавшейся кислоты:

$m(H_3PO_4) = n(H_3PO_4) \cdot M(H_3PO_4) = (2 \cdot \frac{11,2}{142}) \cdot 98 = \frac{2195,2}{142} \approx 15,46$ г

6. Найдем массу конечного раствора. Согласно закону сохранения массы, масса раствора равна сумме масс исходных компонентов:

$m(\text{раствора}) = m(P_2O_5) + m(H_2O) = 11,2 \text{ г} + 52,8 \text{ г} = 64,0$ г

7. Рассчитаем массовую долю ($\omega$) ортофосфорной кислоты в полученном растворе:

$\omega(H_3PO_4) = \frac{m(H_3PO_4)}{m(\text{раствора})} = \frac{15,46 \text{ г}}{64,0 \text{ г}} \approx 0,2415$

Выразим массовую долю в процентах:

$\omega(H_3PO_4) = 0,2415 \cdot 100\% \approx 24,15\%$

Ответ: массовая доля ортофосфорной кислоты в полученном растворе составляет 24,15%.