Question

Фосфор массой 1,24 г прореагировал с 16,84 мл 97%-ного раствора серной кислоты (ρ = 1,8 г/мл) с образованием ортофосфорной кислоты. Для полной нейтрализации полученного раствора добавили 32%-ный раствор гидроксида натрия (ρ = 1,35 г/мл). Вычислить объём раствора гидроксида натрия. 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: определить реагент в недостатке в первой реакции, найти количество образовавшейся фосфорной кислоты и оставшейся серной кислоты, затем вычислить общее количество щёлочи для нейтрализации обеих кислот.

**Уравнения реакций:**

$$\ce{2P + 5H2SO4 -> 2H3PO4 + 5SO2 + 2H2O}$$

$$\ce{H3PO4 + 3NaOH -> Na3PO4 + 3H2O}$$

$$\ce{H2SO4 + 2NaOH -> Na2SO4 + 2H2O}$$

**Расчёты:**

1) Вычислим количество вещества фосфора:

$$n_{	ext{P}} = \frac{m_{	ext{P}}}{M_{	ext{P}}} = \frac{1{,}24}{31} = 0{,}04 	ext{ моль}$$

2) Найдём массу раствора серной кислоты:

$$m_{	ext{р-ра H}_2	ext{SO}_4} = ho_{	ext{р-ра}} \cdot V_{	ext{р-ра}} = 1{,}8 \cdot 16{,}84 = 30{,}312 	ext{ г}$$

Масса чистой серной кислоты:

$$m_{	ext{H}_2	ext{SO}_4} = m_{	ext{р-ра}} \cdot \omega = 30{,}312 \cdot 0{,}97 = 29{,}4 	ext{ г}$$

Количество вещества серной кислоты:

$$n_{	ext{H}_2	ext{SO}_4} = \frac{m_{	ext{H}_2	ext{SO}_4}}{M_{	ext{H}_2	ext{SO}_4}} = \frac{29{,}4}{98} = 0{,}3 	ext{ моль}$$

3) Определим реагент в недостатке, разделив количества на стехиометрические коэффициенты:

$$\frac{n_{	ext{P}}}{2} = \frac{0{,}04}{2} = 0{,}02$$

$$\frac{n_{	ext{H}_2	ext{SO}_4}}{5} = \frac{0{,}3}{5} = 0{,}06$$

Так как $0{,}02 < 0{,}06$, фосфор находится в недостатке. Расчёты ведём по нему.

4) Количество образовавшейся ортофосфорной кислоты:

$$n_{	ext{H}_3	ext{PO}_4} = n_{	ext{P}} = 0{,}04 	ext{ моль}$$

5) Количество прореагировавшей серной кислоты:

$$n_{	ext{прореаг. H}_2	ext{SO}_4} = \frac{5 \cdot n_{	ext{P}}}{2} = \frac{5 \cdot 0{,}04}{2} = 0{,}1 	ext{ моль}$$

Количество оставшейся серной кислоты:

$$n_{	ext{ост. H}_2	ext{SO}_4} = 0{,}3 - 0{,}1 = 0{,}2 	ext{ моль}$$

6) Количество гидроксида натрия для нейтрализации ортофосфорной кислоты:

$$n_{	ext{NaOH (для H}_3	ext{PO}_4)} = 3 \cdot n_{	ext{H}_3	ext{PO}_4} = 3 \cdot 0{,}04 = 0{,}12 	ext{ моль}$$

Количество гидроксида натрия для нейтрализации оставшейся серной кислоты:

$$n_{	ext{NaOH (для H}_2	ext{SO}_4)} = 2 \cdot n_{	ext{ост. H}_2	ext{SO}_4} = 2 \cdot 0{,}2 = 0{,}4 	ext{ моль}$$

Общее количество гидроксида натрия:

$$n_{	ext{NaOH}} = 0{,}12 + 0{,}4 = 0{,}52 	ext{ моль}$$

7) Масса гидроксида натрия:

$$m_{	ext{NaOH}} = n_{	ext{NaOH}} \cdot M_{	ext{NaOH}} = 0{,}52 \cdot 40 = 20{,}8 	ext{ г}$$

8) Масса раствора гидроксида натрия:

$$m_{	ext{р-ра NaOH}} = \frac{m_{	ext{NaOH}}}{\omega} = \frac{20{,}8}{0{,}32} = 65 	ext{ г}$$

9) Объём раствора гидроксида натрия:

$$V_{	ext{р-ра NaOH}} = \frac{m_{	ext{р-ра NaOH}}}{ho_{	ext{р-ра}}} = \frac{65}{1{,}35} = 48{,}15 	ext{ мл}$$

Задание №34Расчётные задачиЕГЭ по химии