Дано:
Масса раствора фосфорной кислоты: m(раствор H3PO4) = 80 г
Концентрация H3PO4 в растворе: w(H3PO4) = 8%
Масса оксида фосфора (V): m(P2O5) = 20 г
Концентрация раствора гидроксида бария: w(Ba(OH)2) = 20%
Плотность раствора Ba(OH)2 не указана, следовательно, для упрощения примем, что масса раствора в граммах равна массе вещества.
Молекулярная масса H3PO4 = 98 г/моль
Молекулярная масса P2O5 = 142 г/моль
Молекулярная масса Ba(OH)2 = 171 г/моль
Найти:
1. Массовые доли веществ в полученном растворе.
2. Массу 20%-го раствора гидроксида бария, который может прореагировать с полученным раствором.
1. Массовая доля веществ в растворе
Масса фосфорной кислоты в исходном растворе:
m(H3PO4) = w(H3PO4) × m(раствор H3PO4) = 0,08 × 80 г = 6,4 г
Масса воды в исходном растворе:
m(вода) = m(раствор H3PO4) - m(H3PO4) = 80 г - 6,4 г = 73,6 г
Масса P2O5 (оксида фосфора) добавленного в раствор:
m(P2O5) = 20 г
Общая масса раствора после добавления P2O5:
m(новый раствор) = m(раствор H3PO4) + m(P2O5) = 80 г + 20 г = 100 г
Масса H3PO4 после реакции с P2O5:
Для реакции P2O5 с водой образуется фосфорная кислота. Реакция:
P2O5 + 3H2O → 2H3PO4
Моль P2O5:
n(P2O5) = m(P2O5) / M(P2O5) = 20 г / 142 г/моль = 0,1408 моль
По реакции на 1 моль P2O5 образуется 2 моль H3PO4. Следовательно, количество образовавшейся H3PO4:
n(H3PO4) = 2 × n(P2O5) = 2 × 0,1408 моль = 0,2816 моль
Масса образовавшейся H3PO4:
m(H3PO4) = n(H3PO4) × M(H3PO4) = 0,2816 моль × 98 г/моль = 27,58 г
Общая масса H3PO4 в растворе после реакции:
m(H3PO4, общий) = m(H3PO4, нач) + m(H3PO4, образ) = 6,4 г + 27,58 г = 33,98 г
Массовая доля H3PO4 в новом растворе:
w(H3PO4) = m(H3PO4, общий) / m(новый раствор) × 100% = 33,98 г / 100 г × 100% = 33,98%
Масса воды в новом растворе:
m(вода, общий) = m(новый раствор) - m(H3PO4, общий) = 100 г - 33,98 г = 66,02 г
Массовая доля воды:
w(вода) = m(вода, общий) / m(новый раствор) × 100% = 66,02 г / 100 г × 100% = 66,02%
Масса P2O5 в новом растворе:
m(P2O5, общий) = 20 г (не изменяется)
Массовая доля P2O5:
w(P2O5) = m(P2O5, общий) / m(новый раствор) × 100% = 20 г / 100 г × 100% = 20%
Ответ:
Массовые доли в новом растворе:
- w(H3PO4) = 33,98%
- w(вода) = 66,02%
- w(P2O5) = 20%
2. Масса 20%-го раствора гидроксида бария, который может прореагировать с полученным раствором
Реакция нейтрализации фосфорной кислоты с гидроксидом бария:
2H3PO4 + 3Ba(OH)2 → Ba3(PO4)2 + 6H2O
Моль H3PO4 в растворе:
n(H3PO4) = m(H3PO4, общий) / M(H3PO4) = 33,98 г / 98 г/моль = 0,346 моль
Из уравнения реакции видно, что на 2 моль H3PO4 требуется 3 моль Ba(OH)2. Следовательно, количество Ba(OH)2, необходимое для нейтрализации:
n(Ba(OH)2) = (3/2) × n(H3PO4) = (3/2) × 0,346 моль = 0,519 моль
Масса Ba(OH)2:
m(Ba(OH)2) = n(Ba(OH)2) × M(Ba(OH)2) = 0,519 моль × 171 г/моль = 88,87 г
Масса 20%-го раствора Ba(OH)2:
m(раствор Ba(OH)2) = m(Ba(OH)2) / 0,20 = 88,87 г / 0,20 = 444,35 г
Ответ: для нейтрализации полученного раствора необходимо 444,35 г 20%-го раствора гидроксида бария.