Номер 1139, страница 179 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1139. *Какие соли и в каком химическом количестве образуются, если в раствор, содержащий фосфорную кислоту химическим количеством 0,10 моль, добавить гидроксид натрия массой 10,0 г?

Дано:

$n(\text{H}_3\text{PO}_4) = 0,10 \text{ моль}$

$m(\text{NaOH}) = 10,0 \text{ г}$

Найти:

Состав и химическое количество образовавшихся солей.

Решение:

Сначала определим химическое количество гидроксида натрия (NaOH). Его молярная масса $M(\text{NaOH})$ составляет:

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

Химическое количество NaOH, содержащееся в 10,0 г, равно:

$n(\text{NaOH}) = \frac{m(\text{NaOH})}{M(\text{NaOH})} = \frac{10,0 \text{ г}}{40 \text{ г/моль}} = 0,25 \text{ моль}$

Далее найдем мольное соотношение реагентов, чтобы определить характер реакции нейтрализации:

$\frac{n(\text{NaOH})}{n(\text{H}_3\text{PO}_4)} = \frac{0,25 \text{ моль}}{0,10 \text{ моль}} = 2,5$

Фосфорная кислота H₃PO₄ является трехосновной и может образовывать три типа солей при реакции с NaOH. Состав продуктов зависит от мольного соотношения щелочи и кислоты. Так как полученное соотношение $2,5$ находится в интервале между 2 и 3 ($2 < 2,5 < 3$), в результате реакции образуется смесь двух солей: гидрофосфата натрия ($\text{Na}_2\text{HPO}_4$), который образуется при соотношении 2:1, и фосфата натрия ($\text{Na}_3\text{PO}_4$), который образуется при соотношении 3:1.

Процесс можно описать системой двух параллельно идущих реакций:

(1) $\text{H}_3\text{PO}_4 + 2\text{NaOH} \rightarrow \text{Na}_2\text{HPO}_4 + 2\text{H}_2\text{O}$

(2) $\text{H}_3\text{PO}_4 + 3\text{NaOH} \rightarrow \text{Na}_3\text{PO}_4 + 3\text{H}_2\text{O}$

Пусть $x$ – это химическое количество $\text{H}_3\text{PO}_4$, вступившей в реакцию (1), а $y$ – химическое количество $\text{H}_3\text{PO}_4$, вступившей в реакцию (2). Тогда количество образовавшегося $\text{Na}_2\text{HPO}_4$ равно $x$ моль, а $\text{Na}_3\text{PO}_4$ – $y$ моль.

Составим систему уравнений на основе общего количества реагентов:

Уравнение по фосфорной кислоте: $x + y = 0,10$

Уравнение по гидроксиду натрия: $2x + 3y = 0,25$

Решим эту систему. Из первого уравнения выразим $x = 0,10 - y$ и подставим во второе:

$2(0,10 - y) + 3y = 0,25$

$0,20 - 2y + 3y = 0,25$

$y = 0,25 - 0,20 = 0,05 \text{ моль}$

Теперь найдем $x$:

$x = 0,10 - y = 0,10 - 0,05 = 0,05 \text{ моль}$

Следовательно, в растворе образовалось 0,05 моль гидрофосфата натрия ($\text{Na}_2\text{HPO}_4$) и 0,05 моль фосфата натрия ($\text{Na}_3\text{PO}_4$).

Ответ: образуется 0,05 моль гидрофосфата натрия ($\text{Na}_2\text{HPO}_4$) и 0,05 моль фосфата натрия ($\text{Na}_3\text{PO}_4$).