Номер 465, страница 90 - гдз по химии 9 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

465. При определенных условиях при взаимодействии оксида фосфора(V) с водой образуется не $H_3PO_4$, а кислота, в молекуле которой массовая доля фосфора равна 38,73 %. Установите формулу этой кислоты и приведите уравнение реакции её образования.

Дано:

Реагенты: оксид фосфора(V) ($P_2O_5$) и вода ($H_2O$).

Продукт: кислота, содержащая фосфор.

Массовая доля фосфора в кислоте: $w(P) = 38,73 \% = 0,3873$.

Найти:

Формулу неизвестной кислоты.

Уравнение реакции ее образования.

Решение:

1. Установим формулу кислоты. Обозначим её как $H_xP_yO_z$. Эта кислота образуется при взаимодействии оксида фосфора(V) с водой, значит, она состоит из атомов водорода, фосфора и кислорода.

Массовая доля фосфора в соединении определяется по формуле:

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

где $y$ - число атомов фосфора, $Ar(P)$ - относительная атомная масса фосфора (примем равной 31), а $Mr(H_xP_yO_z)$ - относительная молекулярная масса кислоты.

Из этой формулы можно выразить молекулярную массу кислоты:

$Mr(H_xP_yO_z) = \frac{y \cdot Ar(P)}{w(P)} = \frac{y \cdot 31}{0,3873} \approx 80,04y$

Рассмотрим простейший случай, когда в молекуле кислоты содержится один атом фосфора, то есть $y=1$.

Тогда молекулярная масса кислоты будет приблизительно равна:

$Mr(H_xPO_z) \approx 80,04$

В то же время, молекулярная масса является суммой атомных масс всех входящих в нее атомов:

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

Используя округленные значения атомных масс ($Ar(H) \approx 1$, $Ar(P) \approx 31$, $Ar(O) \approx 16$), получим уравнение:

$80,04 \approx x \cdot 1 + 31 + z \cdot 16$

$x + 16z \approx 80,04 - 31$

$x + 16z \approx 49,04$

Поскольку $x$ и $z$ (индексы в формуле) должны быть целыми числами, подберем их значения. Наиболее подходящим вариантом является $z=3$, тогда:

$x \approx 49,04 - 16 \cdot 3 = 49,04 - 48 = 1,04$

Это значение очень близко к целому числу 1. Таким образом, простейшая формула кислоты - $HPO_3$.

Данная формула соответствует метафосфорной кислоте. Проверим для нее массовую долю фосфора:

$Mr(HPO_3) = 1 + 31 + 3 \cdot 16 = 80$

$w(P) = \frac{31}{80} = 0,3875 = 38,75\%$

Полученное значение (38,75%) практически совпадает со значением из условия (38,73%), что подтверждает правильность установленной формулы.

2. Составим уравнение реакции образования метафосфорной кислоты. Метафосфорная кислота образуется при реакции оксида фосфора(V) с водой при определенных условиях (например, при недостатке холодной воды):

$P_2O_5 + H_2O \rightarrow HPO_3$

Уравняем число атомов элементов в левой и правой частях уравнения, поставив коэффициент 2 перед продуктом реакции:

$P_2O_5 + H_2O \rightarrow 2HPO_3$

Проверим баланс атомов. Слева: 2 атома P, 2 атома H, $5+1=6$ атомов O. Справа: $2 \cdot 1 = 2$ атома P, $2 \cdot 1 = 2$ атома H, $2 \cdot 3 = 6$ атомов O. Количество атомов всех элементов одинаково, следовательно, уравнение сбалансировано.

Ответ: Формула кислоты - $HPO_3$ (метафосфорная кислота). Уравнение реакции её образования: $P_2O_5 + H_2O = 2HPO_3$.