Номер 495, страница 75 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

495. Запишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

$P \rightarrow P_2O_5 \rightarrow H_3PO_4 \rightarrow Na_3PO_4$.

Рассчитайте максимальную массу фосфата натрия, который можно получить из фосфора массой 5,60 т описанным способом.

Запишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения: P → P₂O₅ → H₃PO₄ → Na₃PO₄.

1) Реакция горения фосфора в избытке кислорода с образованием оксида фосфора(V):

$4P + 5O_2 \rightarrow 2P_2O_5$

2) Реакция оксида фосфора(V) с водой с образованием ортофосфорной кислоты:

$P_2O_5 + 3H_2O \rightarrow 2H_3PO_4$

3) Реакция нейтрализации ортофосфорной кислоты гидроксидом натрия с образованием средней соли - фосфата натрия:

$H_3PO_4 + 3NaOH \rightarrow Na_3PO_4 + 3H_2O$

Рассчитайте максимальную массу фосфата натрия, который можно получить из фосфора массой 5,60 т описанным способом.

Дано:

$m(P) = 5,60 \text{ т} = 5,60 \times 10^3 \text{ кг} = 5,60 \times 10^6 \text{ г}$

Найти:

$m(Na_3PO_4)$ - ?

Решение:

Для расчета массы конечного продукта составим общую схему превращения и определим мольное соотношение между исходным веществом (P) и конечным продуктом ($Na_3PO_4$).

Из цепочки превращений $P \rightarrow P_2O_5 \rightarrow H_3PO_4 \rightarrow Na_3PO_4$ видно, что каждый атом фосфора из исходного вещества в итоге переходит в одну формульную единицу фосфата натрия. Это означает, что количество вещества фосфора равно количеству вещества фосфата натрия, который можно из него получить (при 100% выходе на всех стадиях):

$\nu(P) = \nu(Na_3PO_4)$

Количество вещества ($\nu$) связано с массой ($m$) и молярной массой ($M$) формулой $\nu = m/M$. Подставим это выражение в наше соотношение:

$\frac{m(P)}{M(P)} = \frac{m(Na_3PO_4)}{M(Na_3PO_4)}$

Найдем молярные массы необходимых веществ, используя относительные атомные массы из периодической таблицы химических элементов: $Ar(P) \approx 31$, $Ar(Na) \approx 23$, $Ar(O) \approx 16$.

Молярная масса фосфора:

$M(P) \approx 31 \text{ г/моль}$.

Молярная масса фосфата натрия:

$M(Na_3PO_4) = 3 \cdot Ar(Na) + Ar(P) + 4 \cdot Ar(O) = 3 \cdot 23 + 31 + 4 \cdot 16 = 69 + 31 + 64 = 164 \text{ г/моль}$.

Выразим из пропорции и рассчитаем массу фосфата натрия $m(Na_3PO_4)$. Для удобства расчет можно вести в тоннах, так как отношение молярных масс является безразмерной величиной.

$m(Na_3PO_4) = m(P) \cdot \frac{M(Na_3PO_4)}{M(P)}$

$m(Na_3PO_4) = 5,60 \text{ т} \cdot \frac{164 \text{ г/моль}}{31 \text{ г/моль}} \approx 29,6258 \text{ т}$

С учетом того, что масса исходного фосфора дана с тремя значащими цифрами (5,60), округлим полученный результат до трех значащих цифр.

$m(Na_3PO_4) \approx 29,6 \text{ т}$

Ответ: максимальная масса фосфата натрия, которую можно получить, составляет 29,6 т.