Дано:
масса красного фосфора (m_P) = 0,680 г
объем кислорода (V_O2) = 400 см³ = 0,4 л
Найти:
массовую долю высшего оксида фосфора (P2O5) в смеси.
Решение:
1. Находим количество вещества красного фосфора:
M_P = 31 г/моль (молярная масса фосфора)
n_P = m_P / M_P = 0,680 г / 31 г/моль ≈ 0,0219 моль
2. Найдем количество вещества кислорода:
M_O2 = 32 г/моль (молярная масса кислорода)
V_O2 = 0,4 л = 0,4 м³ (н. у.)
n_O2 = V_O2 / V_m, где V_m = 22,4 л/моль (молярный объем газа при н.у.)
n_O2 = 0,4 л / 22,4 л/моль ≈ 0,0179 моль
3. Реакция сжигания красного фосфора происходит по следующему уравнению:
4 P + 5 O2 → 2 P2O5
Из уравнения видно, что:
4 моль P реагирует с 5 моль O2, значит на 1 моль P требуется 5/4 моль O2.
Для 0,0219 моль P потребуется:
n_O2(треб) = (5/4) * n_P = (5/4) * 0,0219 ≈ 0,0274 моль
4. Сравниваем количество кислорода, которое было израсходовано, с тем, что необходимо:
n_O2(израсход) = 0,0179 моль < n_O2(треб) = 0,0274 моль
Это означает, что кислорода не хватает для полного сгорания фосфора, и он будет неполным.
5. Рассчитаем, сколько фосфора сгорело полностью, используя имеющийся кислород:
n_O2(израсход) = 0,0179 моль
n_P(сгоревший) = (4/5) * n_O2(израсход) = (4/5) * 0,0179 ≈ 0,0143 моль
6. Находим массу сгоревшего фосфора:
m_P(сгоревший) = n_P(сгоревший) * M_P = 0,0143 моль * 31 г/моль ≈ 0,444 г
7. Теперь найдем массу высшего оксида фосфора (P2O5):
По уравнению реакции 4 моль P дает 2 моль P2O5, следовательно:
n_P2O5 = (1/2) * n_P(сгоревший) = (1/2) * 0,0143 моль ≈ 0,00715 моль
Масса P2O5:
M_P2O5 = 142 г/моль
m_P2O5 = n_P2O5 * M_P2O5 = 0,00715 моль * 142 г/моль ≈ 1,015 г
8. Общая масса оксидов фосфора:
m_оксидов = m_P2O5 + m_P(не сгоревший)
m_P(не сгоревший) = m_P - m_P(сгоревший) = 0,680 г - 0,444 г = 0,236 г
m_оксидов = 1,015 г + 0,236 г = 1,251 г
9. Массовая доля высшего оксида фосфора в смеси:
w(P2O5) = m_P2O5 / m_оксидов * 100% = 1,015 г / 1,251 г * 100% ≈ 81,1%
Ответ:
Массовая доля высшего оксида фосфора в полученной смеси составляет примерно 81,1%.