Вопрос школьника
Какой объем смеси этиламина и этана (н. у.), в которой массовая доля второго газа равна 40%, нужно пропустить через 100 г 9,8%-ного раствора фосфорной кислоты, чтобы массовые доли кислых солей, образующихся в растворе, стали одинаковыми?
Ответ от учителя
Для решения данной задачи необходимо использовать закон действующих масс, который гласит, что масса каждого из реагентов, участвующих в химической реакции, пропорциональна их коэффициентам в уравнении реакции.
Пусть x — объем смеси этана и этиламина (н. у.), который необходимо взять для реакции с 100 г 9,8%-ного раствора фосфорной кислоты. Тогда масса этана в этой смеси будет равна 0,4x, а масса этиламина — 0,6x.
Для реакции фосфорной кислоты с этаноламином (основным компонентом этиламина) уравнение будет выглядеть следующим образом:
H3PO4 + C2H7NO → C2H8NO3P
Коэффициенты перед реагентами и продуктом в данном уравнении указывают на их молярные соотношения. Так, для каждой молекулы фосфорной кислоты требуется одна молекула этаноламина.
Массовые доли кислых солей, образующихся в растворе, будут одинаковыми, если количество молей фосфорной кислоты, реагирующей с этаноламином, будет равно количеству молей фосфатов, образующихся в результате реакции.
Массовая доля фосфорной кислоты в 9,8%-ном растворе равна 9,8 г на 100 г раствора, то есть 0,098 моль на 1000 г раствора. Массовая доля фосфата в растворе будет равна массе фосфата, образующегося в результате реакции, деленной на массу всего раствора.
Масса фосфата, образующегося в результате реакции, будет равна массе фосфорной кислоты, реагирующей с этаноламином, умноженной на коэффициент превращения фосфорной кислоты в фосфат (1 к 1). Таким образом, масса фосфата будет равна 0,098x/1000 г.
Так как массовые доли кислых солей должны быть одинаковыми, то масса фосфата должна быть равна массе этансульфоната, образующегося в результате реакции этана с фосфорной кислотой.
Масса этансульфоната будет равна массе этана, реагирующего с фосфорной кислотой, умноженной на коэффициент превращения этана в этансульфонат. Коэффициент превращения этана в этансульфонат равен 1 к 1, так как оба вещества имеют одинаковую молярную массу.
Масса этана будет равна массе смеси этана и этиламина, умноженной на массовую долю этана в смеси (0,4). Таким образом, масса этана будет равна 0,4x.
Итак, уравнение для реакции этана с фосфорной кислотой будет выглядеть следующим образом:
H3PO4 + C2H6 → C2H5PO3H + H2O
Масса фосфорной кислоты, реагирующей с этаном, будет равна массе фосфата, образующегося в результате реакции, то есть 0,098x/1000 г.
Масса этана, реагирующего с фосфорной кислотой, будет равна массе этансульфоната, образующегося в результате реакции, то есть 0,4x.
Составим уравнение для реакции фосфорной кислоты с этаноламином:
H3PO4 + C2H7NO → C2H8NO3P
Согласно закону действующих масс, масса фосфорной кислоты, реагирующей с этаноламином, должна быть равна массе фосфорной кислоты, реагирующей с этаном:
0,098x/1000 г = 0,4x г
Решив данное уравнение, получим:
x = 0,245 л
Таким образом, для реакции с 100 г 9,8%-ного раствора фосфорной кислоты необходимо взять 0,245 л смеси этана и этиламина (н. у.), в которой массовая доля этана равна 60%, а массовая доля этиламина — 40%.
