Номер 449, страница 88 - гдз по химии 9 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

449. В сосуд объёмом $680\\ $см$^3$, заполненный воздухом при н. у., внесли навеску белого фосфора массой 300 мг. Рассчитайте массу образовавшегося оксида фосфора(V).

Дано:

$V_{воздуха} = 680 \text{ см}^3 = 6,8 \times 10^{-4} \text{ м}^3$

$m(P_{белого}) = 300 \text{ мг} = 3,0 \times 10^{-4} \text{ кг}$

Условия: н. у. (нормальные условия)

Объемная доля $O_2$ в воздухе: $\phi(O_2) = 21\% = 0,21$

Найти:

$m(\text{оксида фосфора(V)})$ - ?

Решение:

1. Составим уравнение реакции горения белого фосфора ($P_4$) в кислороде воздуха с образованием оксида фосфора(V) ($P_4O_{10}$):

$P_4 + 5O_2 \rightarrow P_4O_{10}$

2. Найдем количество вещества (моль) исходных реагентов: белого фосфора и кислорода.

Масса белого фосфора: $m(P_4) = 300 \text{ мг} = 0,3 \text{ г}$.

Молярная масса белого фосфора $P_4$ (атомная масса P ≈ 31 г/моль):

$M(P_4) = 4 \times 31 \text{ г/моль} = 124 \text{ г/моль}$

Количество вещества фосфора:

$n(P_4) = \frac{m(P_4)}{M(P_4)} = \frac{0,3 \text{ г}}{124 \text{ г/моль}} \approx 0,002419 \text{ моль}$

Объем воздуха в сосуде $V_{воздуха} = 680 \text{ см}^3 = 0,680 \text{ л}$.

Объем кислорода в воздухе (считая его долю равной 21%):

$V(O_2) = V_{воздуха} \times \phi(O_2) = 0,680 \text{ л} \times 0,21 = 0,1428 \text{ л}$

При нормальных условиях (н.у.) молярный объем газа $V_m$ составляет $22,4 \text{ л/моль}$.

Количество вещества кислорода:

$n(O_2) = \frac{V(O_2)}{V_m} = \frac{0,1428 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,006375 \text{ моль}$

3. Определим, какой из реагентов находится в недостатке (лимитирующий реагент). Для этого сравним мольные соотношения реагентов, которые имеются, со стехиометрическими коэффициентами в уравнении реакции (1:5).

Предположим, что весь фосфор вступает в реакцию. Тогда необходимое количество кислорода:

$n_{необх}(O_2) = 5 \times n(P_4) = 5 \times 0,002419 \text{ моль} = 0,012095 \text{ моль}$

Сравним необходимое количество кислорода с имеющимся в сосуде:

$0,012095 \text{ моль (необходимо)} > 0,006375 \text{ моль (имеется)}$

Поскольку кислорода в сосуде меньше, чем требуется для полного сгорания фосфора, кислород является лимитирующим реагентом. Дальнейшие расчеты ведем по количеству кислорода.

4. Рассчитаем количество вещества оксида фосфора(V), $P_4O_{10}$, которое образуется в реакции. Согласно уравнению реакции, из 5 моль $O_2$ образуется 1 моль $P_4O_{10}$.

$n(P_4O_{10}) = \frac{n(O_2)}{5} = \frac{0,006375 \text{ моль}}{5} = 0,001275 \text{ моль}$

5. Рассчитаем массу образовавшегося оксида фосфора(V).

Молярная масса $P_4O_{10}$ (атомная масса O ≈ 16 г/моль):

$M(P_4O_{10}) = 4 \times 31 + 10 \times 16 = 124 + 160 = 284 \text{ г/моль}$

Масса оксида фосфора(V):

$m(P_4O_{10}) = n(P_4O_{10}) \times M(P_4O_{10}) = 0,001275 \text{ моль} \times 284 \text{ г/моль} = 0,3621 \text{ г}$

Ответ: масса образовавшегося оксида фосфора(V) составляет 0,3621 г.