Номер 1134, страница 178 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1134. При нагревании метафосфорная кислота $HPO_3$ реагирует с водой с образованием ортофосфорной кислоты. Рассчитайте массовую долю ортофосфорной кислоты в растворе, полученном при нагревании раствора метафосфорной кислоты с массовой долей $HPO_3$ 5,44 %.

Дано:

Массовая доля метафосфорной кислоты в исходном растворе $ω(HPO_3) = 5,44 \% = 0,0544$

Найти:

Массовую долю ортофосфорной кислоты в конечном растворе $ω(H_3PO_4)$ - ?

Решение:

При нагревании раствора метафосфорная кислота ($HPO_3$) реагирует с водой ($H_2O$), образуя ортофосфорную кислоту ($H_3PO_4$). Запишем уравнение химической реакции:

$HPO_3 + H_2O \rightarrow H_3PO_4$

Данная реакция является реакцией присоединения (гидратации). Растворенное вещество ($HPO_3$) реагирует с растворителем ($H_2O$). Так как в ходе реакции не выделяется газ и не образуется осадок, общая масса раствора остается неизменной.

Для упрощения расчетов примем массу исходного раствора равной 100 г.

$m_{р-ра}(исх) = 100 \text{ г}$

Рассчитаем массу метафосфорной кислоты в этом растворе:

$m(HPO_3) = m_{р-ра}(исх) \cdot ω(HPO_3) = 100 \text{ г} \cdot 0,0544 = 5,44 \text{ г}$

Вычислим молярные массы метафосфорной и ортофосфорной кислот, используя округленные значения атомных масс ($Ar(H)=1, Ar(P)=31, Ar(O)=16$):

$M(HPO_3) = 1 + 31 + 3 \cdot 16 = 80 \text{ г/моль}$

$M(H_3PO_4) = 3 \cdot 1 + 31 + 4 \cdot 16 = 98 \text{ г/моль}$

Найдем количество вещества метафосфорной кислоты:

$n(HPO_3) = \frac{m(HPO_3)}{M(HPO_3)} = \frac{5,44 \text{ г}}{80 \text{ г/моль}} = 0,068 \text{ моль}$

Согласно стехиометрии уравнения реакции, из 1 моль $HPO_3$ образуется 1 моль $H_3PO_4$. Следовательно, количество вещества образовавшейся ортофосфорной кислоты равно количеству вещества прореагировавшей метафосфорной кислоты:

$n(H_3PO_4) = n(HPO_3) = 0,068 \text{ моль}$

Рассчитаем массу ортофосфорной кислоты, которая образовалась в растворе:

$m(H_3PO_4) = n(H_3PO_4) \cdot M(H_3PO_4) = 0,068 \text{ моль} \cdot 98 \text{ г/моль} = 6,664 \text{ г}$

Масса конечного раствора равна массе исходного раствора:

$m_{р-ра}(кон) = m_{р-ра}(исх) = 100 \text{ г}$

Теперь можем рассчитать массовую долю ортофосфорной кислоты в полученном растворе:

$ω(H_3PO_4) = \frac{m(H_3PO_4)}{m_{р-ра}(кон)} \cdot 100\% = \frac{6,664 \text{ г}}{100 \text{ г}} \cdot 100\% = 6,664\%$

Округлим полученный результат до сотых долей, чтобы соответствовать точности исходных данных (5,44%).

Ответ: 6,66 %.