Question

В промышленности фосфор получают путём нагревании смеси ортофосфата кальция, песка и кокса в электропечах без доступа воздуха. Реакция протекает при температуре около 1300 °С. Фосфор какой максимальной массой можно получить из фосфата кальция массой 620 кг? Какое вещество выступает в качестве восстановителя при промышленном производстве фосфора? Какое число электронов перешло от восстановителя к атомам фосфора в процессе получения фосфора массой 1,00 т?

Answer 1

дано:  
масса фосфата кальция (Ca3(PO4)2) = 620 кг = 620000 г  
молярная масса Ca3(PO4)2 = 310,3 г/моль  
молярная масса фосфора (P) = 31,0 г/моль  

найти:  
1. максимальную массу фосфора, которую можно получить из 620 кг фосфата кальция  
2. вещество, выступающее в качестве восстановителя  
3. число электронов, перешедших от восстановителя к атомам фосфора в процессе получения 1,00 т фосфора

решение:  
1. Сначала рассчитаем количество моль фосфата кальция:  
количество моль Ca3(PO4)2 = масса / молярная масса  
количество моль Ca3(PO4)2 = 620000 г / 310,3 г/моль ≈ 1998,06 моль  

2. По уравнению реакции:  
2 Ca3(PO4)2 + 6 C → 6 P + 6 CaO  
из 2 моль Ca3(PO4)2 получается 6 моль фосфора.  
Следовательно, из 1 моль Ca3(PO4)2 получится 3 моль фосфора.  
Таким образом, максимальная масса фосфора, которую можно получить:  
максимальная масса P = количество моль Ca3(PO4)2 * 3 моль P / 1 моль Ca3(PO4)2 * молярная масса P  
максимальная масса P = 1998,06 моль * 3 * 31,0 г/моль ≈ 186165,58 г ≈ 186,17 кг  

3. Вещество, выступающее в качестве восстановителя, это кокс (C).  

4. Теперь рассчитаем число электронов, перешедших от восстановителя к атомам фосфора в процессе получения 1,00 т (1000 кг) фосфора:  
масса P = 1000 кг = 1000000 г  
количество моль P = масса / молярная масса  
количество моль P = 1000000 г / 31,0 г/моль ≈ 32258,06 моль  

По реакции видно, что на 1 моль фосфора необходимо 1 моль углерода (восстановителя), который передает 4 электрона (каждый углерод может окисляться до CO2, что подразумевает передачу 4 электронов).  
Общее число электронов:  
число электронов = количество моль P * 4  
число электронов = 32258,06 моль * 4 ≈ 129032,24 моль электронов  
В одном моле содержится 6,022 * 10^23 электронов (число Авогадро):  
число электронов = 129032,24 моль * 6,022 * 10^23 ≈ 7,76 * 10^28 электронов  

ответ:  
1. Максимальная масса фосфора, которую можно получить из 620 кг фосфата кальция, составляет примерно 186,17 кг.  
2. Вещество, выступающее в качестве восстановителя, - кокс (C).  
3. Число электронов, перешедших от восстановителя к атомам фосфора в процессе получения 1,00 т фосфора, составляет примерно 7,76 * 10^28 электронов.