Question

Смесь, содержащую оксид фосфора(V) и оксид натрия, в которой соотношение числа атомов фосфора к числу атомов натрия равно 7 : 18, нагрели, а затем растворили в горячей воде. В результате получили 312,5 г раствора, в котором массовая доля атомов водорода составляет 7,36%. Вычислите массу фосфата натрия в полученном растворе. В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения и обозначения искомых физических величин).

Accepted Answer

Answer

Идея решения: установить количества исходных оксидов через соотношение атомов и массовый баланс раствора, проследить их превращения через последовательные реакции, учитывая взаимодействие образующихся продуктов.

**Уравнения реакций:**

$$\ce{P2O5 + 3Na2O -> 2Na3PO4}$$

$$\ce{P2O5 + 3H2O -> 2H3PO4}$$

$$\ce{2Na3PO4 + H3PO4 -> 3Na2HPO4}$$

**Расчёты:**

1) Найдём массу и количество водорода в растворе:

$$m_{	ext{H}} = 312{,}5 	imes 0{,}0736 = 23 	ext{ г}$$

$$n_{	ext{H}} = \frac{23}{1} = 23 	ext{ моль}$$

2) Определим количество и массу воды:

$$n_{\ce{H2O}} = \frac{n_{	ext{H}}}{2} = \frac{23}{2} = 11{,}5 	ext{ моль}$$

$$m_{\ce{H2O}} = 11{,}5 	imes 18 = 207 	ext{ г}$$

3) Обозначим $n_{\ce{Na2O}} = x$ моль и $n_{\ce{P2O5}} = y$ моль. Тогда число атомов натрия составляет $2x$, число атомов фосфора — $2y$.

По условию:

$$\frac{2y}{2x} = \frac{7}{18}$$

Массовый баланс раствора:

$$m_{\ce{H2O}} + m_{\ce{Na2O}} + m_{\ce{P2O5}} = 312{,}5$$

$$207 + 62x + 142y = 312{,}5$$

Из первого уравнения: $y = \frac{7x}{18}$.

Подставляя во второе:

$$207 + 62x + 142 	imes \frac{7x}{18} = 312{,}5$$

$$62x + \frac{994x}{18} = 105{,}5$$

$$\frac{1116x + 994x}{18} = 105{,}5$$

$$2110x = 1899$$

$$x = 0{,}9 	ext{ моль}, \quad y = 0{,}35 	ext{ моль}$$

4) Проверим, какой реагент в недостатке в первой реакции:

$$\frac{n_{\ce{P2O5}}}{1} = 0{,}35; \quad \frac{n_{\ce{Na2O}}}{3} = 0{,}3$$

Так как $0{,}35 > 0{,}3$, оксид натрия находится в недостатке.

5) Количество образовавшегося фосфата натрия:

$$n_{\ce{Na3PO4}} = \frac{2 	imes n_{\ce{Na2O}}}{3} = \frac{2 	imes 0{,}9}{3} = 0{,}6 	ext{ моль}$$

6) Количество оксида фосфора(V), прореагировавшего в первой реакции:

$$n_{\ce{P2O5, реакция 1}} = \frac{n_{\ce{Na2O}}}{3} = \frac{0{,}9}{3} = 0{,}3 	ext{ моль}$$

Оставшееся количество для второй реакции:

$$n_{\ce{P2O5, реакция 2}} = 0{,}35 - 0{,}3 = 0{,}05 	ext{ моль}$$

7) Количество образовавшейся фосфорной кислоты:

$$n_{\ce{H3PO4}} = 2 	imes 0{,}05 = 0{,}1 	ext{ моль}$$

8) Фосфорная кислота реагирует с фосфатом натрия. Количество прореагировавшего фосфата натрия:

$$n_{\ce{Na3PO4, прореаг.}} = 2 	imes n_{\ce{H3PO4}} = 2 	imes 0{,}1 = 0{,}2 	ext{ моль}$$

9) Оставшееся количество фосфата натрия:

$$n_{\ce{Na3PO4, ост.}} = 0{,}6 - 0{,}2 = 0{,}4 	ext{ моль}$$

10) Масса фосфата натрия в растворе:

$$m_{\ce{Na3PO4}} = 0{,}4 	imes 164 = 65{,}6 	ext{ г}$$

Задание №34Расчётные задачиЕГЭ по химии