Дано:
- V(H3PO4) = 250 мл = 0,25 л
- w(H3PO4) = 14,3% = 0,143
- плотность раствора H3PO4 ρ = 1,08 г/мл
- V(NH3) = 16,2 л = 16,2 × 10^-3 м³
- условия нормальные (н.у.): 1 моль газа занимает 22,4 л
Найти: массовые доли H3PO4, NH3, (NH4)3PO4, H2O в полученном растворе.
Решение:
1. Масса раствора H3PO4:
m(раствор) = ρ × V = 1,08 г/мл × 250 мл = 270 г
2. Масса H3PO4 в растворе:
m(H3PO4) = w(H3PO4) × m(раствор) = 0,143 × 270 г = 38,61 г
3. Масса воды в растворе:
m(вода) = m(раствор) - m(H3PO4) = 270 г - 38,61 г = 231,39 г
4. Молекулярная масса H3PO4:
M(H3PO4) = 98 г/моль
5. Количество вещества H3PO4:
n(H3PO4) = m(H3PO4) / M(H3PO4) = 38,61 г / 98 г/моль = 0,393 моль
6. Молекулярная масса NH3:
M(NH3) = 17 г/моль
7. Количество вещества NH3:
n(NH3) = V(NH3) / 22,4 л/моль = 16,2 л / 22,4 л/моль = 0,723 моль
8. Реакция взаимодействия:
H3PO4 + 3NH3 → (NH4)3PO4
Из уравнения реакции видно, что 1 моль H3PO4 реагирует с 3 моль NH3. Таким образом, H3PO4 в избытке, и реакция пройдет с использованием 0,393 моль H3PO4 и 3 × 0,393 = 1,179 моль NH3.
Поскольку 0,723 моль NH3 недостаточно для полного взаимодействия с 0,393 моль H3PO4, вся масса NH3 будет израсходована.
9. Масса (NH4)3PO4:
Молекулярная масса (NH4)3PO4 = 149 г/моль
m((NH4)3PO4) = n(NH3) / 3 × M((NH4)3PO4) = 0,723 моль × 149 г/моль = 107,9 г
10. Масса воды после реакции:
m(вода, реакция) = 3 × n(NH3) × M(H2O) = 3 × 0,723 моль × 18 г/моль = 39,0 г
11. Масса воды в растворе после реакции:
m(вода, раствор) = m(вода) + m(вода, реакция) = 231,39 г + 39,0 г = 270,39 г
Ответ:
Массовые доли:
- H3PO4: 38,61 г / (107,9 г + 39,0 г + 231,39 г) = 38,61 г / 378,29 г = 0,102 = 10,2%
- NH3: 0 г (вся масса NH3 реакционировала)
- (NH4)3PO4: 107,9 г / 378,29 г = 0,285 = 28,5%
- Вода: 231,39 г / 378,29 г = 0,611 = 61,1%