Номер 5, страница 21 - гдз по химии 9 класс сборник контрольных и самостоятельных работ Сеген, Алексеева

Дано: Задана цепочка превращений веществ: фосфор → оксид фосфора(V) → X → фосфат кальция, а также превращение X → фосфат натрия. Известно, что вещество X используется для производства кока-колы. Данная задача не содержит числовых данных, требующих перевода в систему СИ.

Найти: Вещество X и химические уравнения для всех указанных превращений.

Решение:

Определение вещества X

Вещество X является промежуточным продуктом в цепочке превращений соединений фосфора. Согласно условию, вещество X используется в производстве кока-колы. Известно, что фосфорная кислота ($H_3PO_4$) является распространённым подкислителем, используемым в производстве безалкогольных напитков, включая кока-колу. Это указывает на то, что X, скорее всего, является фосфорной кислотой.

Проверим это предположение, рассмотрев первые два шага цепочки превращений:

1. Превращение фосфора в оксид фосфора(V):
Фосфор при горении на воздухе или в кислороде образует оксид фосфора(V) ($P_4O_{10}$ или $P_2O_5$):
$P_4 + 5O_2 \rightarrow P_4O_{10}$

2. Превращение оксида фосфора(V) в X:
Оксид фосфора(V) является типичным кислотным оксидом. При его взаимодействии с водой образуется фосфорная кислота:
$P_4O_{10} + 6H_2O \rightarrow 4H_3PO_4$
Таким образом, вещество X — это фосфорная кислота ($H_3PO_4$).

Ответ: Вещество X — фосфорная кислота ($H_3PO_4$).

Осуществление превращений

Теперь, когда вещество X определено как фосфорная кислота ($H_3PO_4$), запишем уравнения для оставшихся превращений в цепочке:

3. Превращение X (фосфорной кислоты) в фосфат кальция:
Фосфорная кислота реагирует с гидроксидом кальция (основанием), образуя фосфат кальция и воду. Так как фосфорная кислота является трехосновной кислотой, а кальций двухвалентен, для образования средней соли (фосфата кальция) требуется соответствующее стехиометрическое соотношение:
$2H_3PO_4 + 3Ca(OH)_2 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 \downarrow + 6H_2O$
(Фосфат кальция является нерастворимой солью и выпадает в осадок).

4. Превращение X (фосфорной кислоты) в фосфат натрия:
Фосфорная кислота реагирует с гидроксидом натрия (сильным основанием), образуя соль — фосфат натрия и воду. Для образования средней соли (трифосфата натрия) необходимо три моля гидроксида натрия на один моль фосфорной кислоты:
$H_3PO_4 + 3NaOH \rightarrow Na_3PO_4 + 3H_2O$
(В зависимости от соотношения реагентов, могут образовываться также кислые соли: дигидрофосфат натрия $NaH_2PO_4$ или гидрофосфат натрия $Na_2HPO_4$. Однако, без уточнений, "фосфат натрия" обычно относится к средней соли).

Ответ: Уравнения превращений:
1. $P_4 + 5O_2 \rightarrow P_4O_{10}$
2. $P_4O_{10} + 6H_2O \rightarrow 4H_3PO_4$
3. $2H_3PO_4 + 3Ca(OH)_2 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 \downarrow + 6H_2O$
4. $H_3PO_4 + 3NaOH \rightarrow Na_3PO_4 + 3H_2O$

Ответ: Вещество X — фосфорная кислота ($H_3PO_4$). Уравнения всех превращений представлены выше.