Question

Фосфид кальция массой 18,2 г растворили в 182,5 г 20%-ного раствора соляной кислоты. К полученному раствору добавили 200,2 г кристаллической соды $\ce{Na2CO3 · 10H2O}$. Определите массовую долю карбоната натрия в конечном 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: проследить цепочку реакций, определить лимитирующие реагенты на каждом этапе, вычислить количество оставшегося карбоната натрия и его массовую долю в конечном растворе.

**Уравнения реакций:**

$$\ce{Ca3P2 + 6HCl -> 3CaCl2 + 2PH3 ^}$$

$$\ce{Na2CO3 + CaCl2 -> CaCO3 v + 2NaCl}$$

$$\ce{Na2CO3 + 2HCl -> 2NaCl + CO2 ^ + H2O}$$

**Расчёты:**

1) Вычислим количество вещества фосфида кальция:

$$n(\ce{Ca3P2}) = \frac{m(\ce{Ca3P2})}{M(\ce{Ca3P2})} = \frac{18{,}2}{182} = 0{,}1 	ext{ моль}$$

2) Найдём массу и количество соляной кислоты в растворе:

$$m(\ce{HCl}) = m_{	ext{р-ра}} \cdot \omega(\ce{HCl}) = 182{,}5 \cdot 0{,}2 = 36{,}5 	ext{ г}$$

$$n(\ce{HCl}) = \frac{36{,}5}{36{,}5} = 1 	ext{ моль}$$

3) Определим лимитирующий реагент в первой реакции. Поделим количества на стехиометрические коэффициенты:

$$\frac{n(\ce{Ca3P2})}{1} = 0{,}1; \quad \frac{n(\ce{HCl})}{6} = \frac{1}{6} \approx 0{,}167$$

Так как $0{,}1 < 0{,}167$, фосфид кальция в недостатке. Расчёты ведём по нему.

4) Вычислим количество образовавшегося хлорида кальция:

$$n(\ce{CaCl2}) = 3 \cdot n(\ce{Ca3P2}) = 3 \cdot 0{,}1 = 0{,}3 	ext{ моль}$$

5) Найдём количество оставшейся соляной кислоты:

$$n_{	ext{прореаг}}(\ce{HCl}) = 6 \cdot n(\ce{Ca3P2}) = 6 \cdot 0{,}1 = 0{,}6 	ext{ моль}$$

$$n_{	ext{ост}}(\ce{HCl}) = 1 - 0{,}6 = 0{,}4 	ext{ моль}$$

6) Вычислим количество вещества кристаллической соды и содержащегося в ней карбоната натрия:

$$n(\ce{Na2CO3 · 10H2O}) = \frac{200{,}2}{286} = 0{,}7 	ext{ моль}$$

$$n(\ce{Na2CO3}) = 0{,}7 	ext{ моль}$$

7) Определим, сколько карбоната натрия расходуется на каждую реакцию:

На реакцию с хлоридом кальция:
$$n_{	ext{прореаг, 2}}(\ce{Na2CO3}) = n(\ce{CaCl2}) = 0{,}3 	ext{ моль}$$

На реакцию с оставшейся соляной кислотой:
$$n_{	ext{прореаг, 3}}(\ce{Na2CO3}) = \frac{n_{	ext{ост}}(\ce{HCl})}{2} = \frac{0{,}4}{2} = 0{,}2 	ext{ моль}$$

8) Найдём количество оставшегося карбоната натрия:

$$n_{	ext{ост}}(\ce{Na2CO3}) = 0{,}7 - 0{,}3 - 0{,}2 = 0{,}2 	ext{ моль}$$

$$m_{	ext{ост}}(\ce{Na2CO3}) = 0{,}2 \cdot 106 = 21{,}2 	ext{ г}$$

9) Вычислим массы газообразных и твёрдых продуктов, которые удаляются из раствора:

$$n(\ce{PH3}) = 2 \cdot n(\ce{Ca3P2}) = 2 \cdot 0{,}1 = 0{,}2 	ext{ моль}$$
$$m(\ce{PH3}) = 0{,}2 \cdot 34 = 6{,}8 	ext{ г}$$

$$n(\ce{CaCO3}) = n(\ce{CaCl2}) = 0{,}3 	ext{ моль}$$
$$m(\ce{CaCO3}) = 0{,}3 \cdot 100 = 30 	ext{ г}$$

$$n(\ce{CO2}) = \frac{n_{	ext{ост}}(\ce{HCl})}{2} = 0{,}2 	ext{ моль}$$
$$m(\ce{CO2}) = 0{,}2 \cdot 44 = 8{,}8 	ext{ г}$$

10) Найдём массу конечного раствора:

$$m_{	ext{конечн. р-ра}} = 18{,}2 + 182{,}5 + 200{,}2 - 6{,}8 - 30 - 8{,}8 = 355{,}3 	ext{ г}$$

11) Вычислим массовую долю карбоната натрия в конечном растворе:

$$\omega(\ce{Na2CO3}) = \frac{m_{	ext{ост}}(\ce{Na2CO3})}{m_{	ext{конечн. р-ра}}} = \frac{21{,}2}{355{,}3} = 0{,}06 = 6\%$$

Задание №34Расчётные задачиЕГЭ по химии