Номер 291, страница 57 - гдз по химии 8 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

291. Из фосфора массой 3,10 г в результате ряда последовательных реакций получили фосфат кальция. Составьте уравнения соответствующих химических реакций и рассчитайте массу образовавшейся при этом соли.

Для решения задачи необходимо последовательно выполнить два шага: составить уравнения реакций, по которым из фосфора получают фосфат кальция, и затем провести стехиометрические расчеты для нахождения массы полученной соли.

1. Уравнения соответствующих химических реакций

Получение фосфата кальция из фосфора можно представить в виде следующей цепочки превращений:

а) Сначала фосфор сжигают в избытке кислорода для получения его высшего оксида — оксида фосфора(V):
$4P + 5O_2 \rightarrow 2P_2O_5$

б) Полученный кислотный оксид реагирует с водой, образуя соответствующую кислоту — ортофосфорную:
$P_2O_5 + 3H_2O \rightarrow 2H_3PO_4$

в) Наконец, для получения соли (фосфата кальция) ортофосфорная кислота должна прореагировать с соединением кальция, например, с гидроксидом кальция (реакция нейтрализации):
$2H_3PO_4 + 3Ca(OH)_2 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 \downarrow + 6H_2O$

2. Расчет массы образовавшейся соли

Дано:

$m(P) = 3,10$ г

Найти:

$m(Ca_3(PO_4)_2)$ — ?

Решение:

По закону сохранения массы, все атомы фосфора, содержащиеся в исходном веществе, переходят в конечный продукт. Это позволяет связать количество исходного фосфора с количеством полученного фосфата кальция.

1. Вычислим количество вещества (моль) фосфора. Молярная масса фосфора $M(P)$ равна 31 г/моль.

$n(P) = \frac{m(P)}{M(P)} = \frac{3,10 \text{ г}}{31 \text{ г/моль}} = 0,1 \text{ моль}$

2. Установим стехиометрическое соотношение между фосфором (P) и фосфатом кальция ($Ca_3(PO_4)_2$). В одной формульной единице $Ca_3(PO_4)_2$ содержится 2 атома фосфора. Таким образом, из 2 моль атомов фосфора образуется 1 моль фосфата кальция.

$n(Ca_3(PO_4)_2) = \frac{1}{2} n(P) = \frac{1}{2} \cdot 0,1 \text{ моль} = 0,05 \text{ моль}$

3. Рассчитаем молярную массу фосфата кальция $M(Ca_3(PO_4)_2)$. Для этого используем относительные атомные массы элементов: $Ar(Ca) \approx 40$, $Ar(P) \approx 31$, $Ar(O) \approx 16$.

$M(Ca_3(PO_4)_2) = 3 \cdot Ar(Ca) + 2 \cdot (Ar(P) + 4 \cdot Ar(O)) = 3 \cdot 40 + 2 \cdot (31 + 4 \cdot 16) = 120 + 2 \cdot (31 + 64) = 120 + 190 = 310$ г/моль

4. Найдем массу образовавшегося фосфата кальция.

$m(Ca_3(PO_4)_2) = n(Ca_3(PO_4)_2) \cdot M(Ca_3(PO_4)_2) = 0,05 \text{ моль} \cdot 310 \text{ г/моль} = 15,5$ г

Ответ:

Уравнения реакций:
$4P + 5O_2 \rightarrow 2P_2O_5$
$P_2O_5 + 3H_2O \rightarrow 2H_3PO_4$
$2H_3PO_4 + 3Ca(OH)_2 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 \downarrow + 6H_2O$
Масса образовавшейся соли, фосфата кальция, составляет 15,5 г.