Дано:
- Масса фосфора (P) = 6,2 г
- Объем раствора серной кислоты (H2SO4) = 91,6 мл
- Массовая доля серной кислоты = 0,1
- Плотность раствора серной кислоты = 1,07 г/мл
- Масса раствора силиката натрия (Na2SiO3) = 372 г
- Массовая доля силиката натрия = 8,2%
Найти:
- Массовые доли веществ в конечном растворе.
Решение:
1. Определим количество оксида фосфора, образовавшегося при сжигании фосфора. Фосфор при сжигании в избытке кислорода образует P2O5.
Реакция:
4P + 5O2 → 2P2O5.
Сначала найдем количество молей фосфора:
n(P) = m(P) / M(P),
где M(P) = 31 г/моль.
n(P) = 6,2 г / 31 г/моль = 0,2 моль.
Теперь находим количество образовавшегося P2O5:
n(P2O5) = n(P) / 2 = 0,2 моль / 2 = 0,1 моль.
Молярная масса P2O5:
M(P2O5) = 2 * 31 + 5 * 16 = 142 г/моль.
m(P2O5) = n(P2O5) * M(P2O5) = 0,1 моль * 142 г/моль = 14,2 г.
2. Теперь рассчитаем массу раствора серной кислоты:
Масса раствора H2SO4 = объем * плотность = 91,6 мл * 1,07 г/мл = 97,74 г.
Масса H2SO4 в растворе:
m(H2SO4) = массовая доля * масса раствора = 0,1 * 97,74 г = 9,774 г.
3. Далее найдем количество молей H2SO4:
Молярная масса H2SO4 = 2*1 + 32 + 16*4 = 98 г/моль.
n(H2SO4) = m(H2SO4) / M(H2SO4) = 9,774 г / 98 г/моль = 0,0997 моль.
4. Теперь определим массу Na2SiO3 в растворе силиката натрия:
Масса Na2SiO3 = масса раствора * массовая доля = 372 г * 0,082 = 30,504 г.
Молярная масса Na2SiO3 = 2*23 + 28 + 3*16 = 122 г/моль.
n(Na2SiO3) = 30,504 г / 122 г/моль = 0,25 моль.
5. Рассмотрим реакции, которые происходят в растворе:
Na2SiO3 + H2SO4 → Na2SO4 + H2SiO3.
P2O5 + H2SO4 → H3PO4 или Na2HPO4 и другие соли.
6. Теперь рассчитаем массы конечного раствора:
Масса конечного раствора = m(P2O5) + m(H2SO4) + m(Na2SiO3).
Масса конечного раствора = 14,2 г + 97,74 г + 372 г = 484,94 г.
7. Находим массовые доли веществ в конечном растворе:
w(P2O5) = m(P2O5) / m(конечного раствора) = 14,2 г / 484,94 г = 0,0293 = 2,93%.
w(H2SO4) = m(H2SO4) / m(конечного раствора) = 9,774 г / 484,94 г = 0,0201 = 2,01%.
w(Na2SiO3) = m(Na2SiO3) / m(конечного раствора) = 30,504 г / 484,94 г = 0,0629 = 6,29%.
Ответ:
w(P2O5) = 2,93%; w(H2SO4) = 2,01%; w(Na2SiO3) = 6,29%.