Соляная кислота и фосфид кальция реагируют с образования хлорида кальция и выделением фосфина: Ca3P2 + 6HCl → 3CaCl2 + 2PH3↑ (I)
Вычислим количество вещества соляной кислоты и фосфида кальция, вступающих в реакцию (I): mисх.(HCl) = m(р-ра HCl) • ω(HCl) = 182,5 г • 0,2 = 36,5 г, отсюда νисх.(HCl) = mисх.(HCl)/M(HCl) = 36,5 г/36,5 г/моль = 1 моль; νисх.(Ca3P2) = mисх.(Ca3P2)/M(Ca3P2) = 18,2 г/182 г/моль = 0,1 моль.
По уравнению реакции (I) ν(HCl) = 6ν(Ca3P2) = 2ν(CaCl2), а по условию задачи количество вещества соляной кислоты в 10 раз больше количества вещества фосфида кальция, следовательно, непрореагировавшей остается соляная кислота: νост.(HCl) = νисх.(HCl) − 6ν(Ca3P2) = 1 моль − 6 • 0,1 моль = 0,4 моль.
Количество вещества и масса образовавшего фосфина равны: ν(PH3) = 2νисх.(Ca3P2) = 2 • 0,1 моль = 0,2 моль; m(PH3) = ν(PH3) • M(PH3) = 0,2 моль • 34 г/моль = 6,8 г.
Вычислим количество гидрата карбоната натрия: νисх.(Na2CO3 • 10H2O) = mисх.(Na2CO3 • 10H2O)/M(Na2CO3 • 10H2O) = 200,2 г/286 г/моль = 0,7 моль.
В карбонатом натрия взаимодействуют и хлорид кальция, и соляная кислота: Na2CO3 + CaCl2 → CaCO3↓ + 2NaCl (II) Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + CO2↑ + H2O (III)
Вычислим общее количество вещества карбоната натрия, взаимодействующих с соляной кислотой и хлоридом кальция: νреаг.(Na2CO3) = ν(CaCl2) + 1/2νост.(HCl) = 3νисх.(Ca3P2) + 1/2νост.(HCl) = 3 • 0,1 моль + 1/2 • 0,4 моль = 0,3 моль + 0,2 моль = 0,5 моль.
Общее количество вещества и масса непрореагировавшего карбоната натрия равны: νост.(Na2CO3) = νисх.(Na2CO3) − νреаг.(Na2CO3) = 0,7 моль – 0,5 моль = 0,2 моль; mост.(Na2CO3) = νост.(Na2CO3) • M(Na2CO3) = 0,2 моль • 106 г/моль = 21,2 г.
Для расчета в дальнейшем массы конечного раствора необходимо знать массы выпадающего в осадок по реакции (II) карбоната кальция и выделяющего по реакции (III) углекислого газа: ν(CaCl2) = ν(CaCO3) = 3νисх.(Ca3P2) = 0,3 моль; m(CaCO3) = ν(CaCO3) • M(CaCO3) = 0,3 моль • 100 г/моль = 30 г; ν(CO2) = 1/2νост.(HCl) = ½ • 0,4 моль = 0,2 моль; m(CO2) = ν(CO2) • M(CO2) = 0,2 моль • 44 г/моль = 8,8 г.
Массу полученного раствора вычисляем по формуле: m(р-ра) = mисх.(р-ра HCl) + mисх.(Ca3P2) − m(PH3) + mисх.(Na2CO3 • 10H2O) − m(CaCO3) − m(CO2) = 182,5 г + 18,2 г – 6,8 г + 200,2 г – 30 г – 8,8 г = 355,3 г.
Массовая доля карбоната натрия равна: ω(Na2CO3) = mост.(Na2CO3)/m(р-ра) • 100% = 21,2 г/355,3 г • 100% = 5,97%.