Номер 814, страница 148 - гдз по химии 8 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

814. Фосфор образует большое число кислородсодержащих кислот. Массовая доля фосфора в одной из них составляет 30,66 %.

а) Установите формулу этой кислоты.

б) Приведите формулы веществ, которые образуются при реакции этой кислоты с водным раствором гидроксида калия. Свой ответ подтвердите необходимыми уравнениями химических реакций.

Дано:

Кислородсодержащая кислота фосфора

Массовая доля фосфора $\omega(P) = 30,66 \% = 0,3066$

Для расчетов используем относительные атомные массы:

$Ar(H) = 1$

$Ar(P) = 31$

$Ar(O) = 16$

Найти:

а) Формулу кислоты.

б) Формулы веществ, образующихся при реакции этой кислоты с $KOH$, и уравнения реакций.

Решение:

а) Установите формулу этой кислоты.

Общая формула кислородсодержащих кислот фосфора $H_xP_yO_z$. Для большинства распространенных кислот число атомов фосфора $y=1$. Примем это допущение для начала.

Тогда формула кислоты имеет вид $H_xPO_z$.

Массовая доля фосфора в соединении определяется формулой:

$\omega(P) = \frac{y \cdot Ar(P)}{Mr(H_xP_yO_z)}$

где $Mr$ – относительная молекулярная масса кислоты.

Выразим молекулярную массу кислоты из этой формулы, приняв $y=1$:

$Mr(H_xPO_z) = \frac{1 \cdot Ar(P)}{\omega(P)} = \frac{31}{0,3066} \approx 101,1$

Молекулярная масса также равна сумме атомных масс всех атомов в молекуле:

$Mr(H_xPO_z) = x \cdot Ar(H) + 1 \cdot Ar(P) + z \cdot Ar(O) = x + 31 + 16z$

Приравняем два выражения для молекулярной массы:

$x + 31 + 16z \approx 101,1$

$x + 16z \approx 101,1 - 31$

$x + 16z \approx 70,1$

Теперь подберем целые значения $x$ (число атомов водорода) и $z$ (число атомов кислорода). Так как $16z$ должно быть меньше 70,1, то $z$ может принимать значения 1, 2, 3, 4.

• Если $z=1$, $x \approx 70,1 - 16 = 54,1$ (не целое).
• Если $z=2$, $x \approx 70,1 - 32 = 38,1$ (не целое).
• Если $z=3$, $x \approx 70,1 - 48 = 22,1$ (не целое).
• Если $z=4$, $x \approx 70,1 - 64 = 6,1$. Это значение очень близко к целому числу 6.

Таким образом, наиболее вероятные индексы: $x=6, y=1, z=4$.

Получаем формулу кислоты $H_6PO_4$.

Проверим расчет массовой доли фосфора для этой формулы:

$Mr(H_6PO_4) = 6 \cdot 1 + 31 + 4 \cdot 16 = 6 + 31 + 64 = 101$

$\omega(P) = \frac{31}{101} \cdot 100\% \approx 30,69\%$

Полученное значение очень близко к заданному в условии (30,66%). Небольшое расхождение объясняется использованием округленных атомных масс.

Ответ: Формула кислоты – $H_6PO_4$.

б) Приведите формулы веществ, которые образуются при реакции этой кислоты с водным раствором гидроксида калия. Свой ответ подтвердите необходимыми уравнениями химических реакций.

Найденная кислота $H_6PO_4$ имеет в своем составе 6 атомов водорода, которые могут замещаться на атомы металла в реакциях с основаниями. Следовательно, эту кислоту можно рассматривать как шестиосновную.

При реакции с гидроксидом калия ($KOH$) в зависимости от соотношения реагентов будут образовываться различные соли (кислые и средняя) и вода.

Возможные продукты реакции (соли):

• Гидрофосфат калия – $KH_5PO_4$
• Дигидрофосфат калия – $K_2H_4PO_4$
• Тригидрофосфат калия – $K_3H_3PO_4$
• Тетрагидрофосфат калия – $K_4H_2PO_4$
• Пентагидрофосфат калия – $K_5HPO_4$
• Средняя (нормальная) соль, фосфат калия – $K_6PO_4$

Приведем уравнения реакций, подтверждающие образование некоторых из этих веществ:

1. Реакция с образованием кислой соли (при недостатке щелочи):

$H_6PO_4 + KOH \rightarrow KH_5PO_4 + H_2O$

2. Реакция с образованием другой кислой соли:

$H_6PO_4 + 2KOH \rightarrow K_2H_4PO_4 + 2H_2O$

3. Реакция полной нейтрализации с образованием средней соли (при избытке щелочи):

$H_6PO_4 + 6KOH \rightarrow K_6PO_4 + 6H_2O$

Ответ: При реакции кислоты $H_6PO_4$ с водным раствором гидроксида калия образуются вода и соли: $KH_5PO_4, K_2H_4PO_4, K_3H_3PO_4, K_4H_2PO_4, K_5HPO_4, K_6PO_4$. Пример уравнений реакций: $H_6PO_4 + 2KOH \rightarrow K_2H_4PO_4 + 2H_2O$; $H_6PO_4 + 6KOH \rightarrow K_6PO_4 + 6H_2O$.