Вопрос школьника
Продукт, полученный при взаимодействии красного фосфора и бертолетовой соли, растворили при нагревании в 400 см3 раствора с ω(H3PO4) = 85% (ρ = 1,7 г/см3), при этом массовая доля кислоты стала равной 94,4 %. Найдите массы израсходованных красного фосфора и хлората калия.
Ответ от учителя
Уравнение реакции между красным фосфором и бертолетовой солью:
P4 + 10KClO3 + 6H2O → 4H3PO4 + 10KCl
Массовая доля кислоты в исходном растворе:
ω(H3PO4) = (масса H3PO4 / масса раствора) * 100%
масса H3PO4 = ω(H3PO4) * масса раствора / 100% = 85% * 400 см3 * 1,7 г/см3 / 100% = 578 г
Массовая доля кислоты в конечном растворе:
ω(H3PO4) = масса H3PO4 / (масса раствора + масса продукта)
масса продукта = масса H3PO4 / ω(H3PO4) — масса раствора = 578 г / 94,4% — 400 см3 * 1,7 г/см3 = 139 г
Массовая доля кислоты в продукте:
ω(H3PO4) = масса H3PO4 / (масса продукта + масса воды)
масса воды = масса раствора — масса H3PO4 — масса продукта = 400 см3 * 1,7 г/см3 — 578 г — 139 г = 383 г
массовая доля воды в продукте:
ω(H2O) = масса воды / (масса продукта + масса воды) = 383 г / (139 г + 383 г) = 73,4%
Массовая доля красного фосфора в продукте:
ω(P4) = масса P4 / (масса продукта + масса воды)
Массовая доля хлората калия в исходной смеси:
ω(KClO3) = (масса KClO3 / масса смеси) * 100%
Масса хлората калия в исходной смеси:
масса KClO3 = ω(KClO3) * масса смеси / 100% = (неизвестно)
Масса хлората калия, необходимая для реакции с красным фосфором:
масса KClO3 = масса P4 / (4 моль P4 / 10 моль KClO3) = молярная масса KClO3 * количество молей KClO3 / (4 моль P4 / 10 моль KClO3)
молярная масса KClO3 = 122,55 г/моль
количество молей KClO3 = масса P4 / (4 моль P4 / 10 моль KClO3) = масса продукта / молярная масса H3PO4 * (10 моль KClO3 / 4 моль H3PO4)
масса KClO3 = молярная масса KClO3 * количество молей KClO3 / (4 моль P4 / 10 моль KClO3) = 122,55 г/моль * масса продукта / молярная масса H3PO4 * (10 моль KClO3 / 4 моль H3PO4) / (10 моль KClO3 / 4 моль P4) = 0,25 * масса продукта / молярная масса H3PO4
Ответ: массы израсходованных красного фосфора и хлората калия равны соответственно:
масса P4 = масса продукта / (4 моль P4 / 10 моль KClO3) * молярная масса P4 = 0,625 * масса продукта / молярная масса H3PO4
масса KClO3 = 0,25 * масса продукта / молярная масса H3PO4
