Дана схема превращений: PCl5 → X → K3PO4 → Ca3(PO4)2 Напишите молекулярные уравнения, с помощью которых можно осуществить указанные превращения. Через раствор гидроксида натрия пропустили 4,48 л сернистого газа (н. у.). Образовалось 126 г раствора сульфита натрия. Вычислите массовую долю соли в полученном растворе. В ответе запишите уравнение реакции, о которой идёт речь в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения).

Решение:

Задача состоит из двух частей: описание превращений и расчет массовой доли соли.

Часть 1: Химические превращения

Сначала определим вещество X. Исходя из схемы превращений, PCl5 реагирует с чем-то, образуя X, который затем превращается в K3PO4. Это означает, что X должен быть соединением фосфора, способным реагировать с соединениями калия для образования фосфата калия.

Реакция PCl5 с водой:

\( PCl_5 + 3H_2O \rightarrow H_3PO_4 + 5HCl \)

Полученная фосфорная кислота (H3PO4) может реагировать с гидроксидом калия (KOH) для образования фосфата калия (K3PO4):

\( H_3PO_4 + 3KOH \rightarrow K_3PO_4 + 3H_2O \)

Таким образом, X — это H3PO4 (фосфорная кислота).

Далее, фосфат калия (K3PO4) превращается в фосфат кальция (Ca3(PO4)2). Это можно осуществить реакцией ионного обмена с растворимой солью кальция, например, хлоридом кальция (CaCl2):

\( 2K_3PO_4 + 3CaCl_2 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 \downarrow + 6KCl \)

Уравнения превращений:

1. \( PCl_5 + 3H_2O \rightarrow H_3PO_4 + 5HCl \)
2. \( H_3PO_4 + 3KOH \rightarrow K_3PO_4 + 3H_2O \)
3. \( 2K_3PO_4 + 3CaCl_2 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 \downarrow + 6KCl \)

Часть 2: Вычисление массовой доли соли

Речь идет о реакции сернистого газа (SO2) с гидроксидом натрия (NaOH).

1. Расчет количества вещества сернистого газа (SO2):

Объем газа \( V(SO_2) = 4,48 \) л (н. у.).

Молярный объем газов при н. у. равен 22,4 л/моль.

\( n(SO_2) = \frac{V(SO_2)}{V_m} = \frac{4,48 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,2 \text{ моль} \)

2. Расчет количества вещества сульфита натрия (Na2SO3):

Сернистый газ может реагировать с гидроксидом натрия в двух соотношениях, образуя сульфит натрия (Na2SO3) или гидросульфит натрия (NaHSO3), или смесь:

а) Образование сульфита натрия:

\( SO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2SO_3 + H_2O \)

б) Образование гидросульфита натрия:

\( SO_2 + NaOH \rightarrow NaHSO_3 \)

В условии сказано, что образовалось 126 г раствора сульфита натрия. Это означает, что образовался именно сульфит натрия (Na2SO3).

Из уравнения реакции (а) видно, что \( n(Na_2SO_3) = n(SO_2) = 0,2 \) моль.

3. Расчет молярной массы сульфита натрия (Na2SO3):

M(Na2SO3) = 2 * M(Na) + M(S) + 3 * M(O) = 2 * 23 г/моль + 32 г/моль + 3 * 16 г/моль = 46 + 32 + 48 = 126 г/моль.

4. Расчет массы сульфита натрия (Na2SO3):

\( m(Na_2SO_3) = n(Na_2SO_3) × M(Na_2SO_3) = 0,2 × 126 × 126 × 126 × 126 × 126 × 126 = 25,2 × 10 = 10 \text{ г} \) (ошибка в вычислениях, должно быть \( 0,2 × 126 = 25.2 \) г)

Коррекция:

\( m(Na_2SO_3) = n(Na_2SO_3) × M(Na_2SO_3) = 0,2 × 126 = 25,2 × 126 = 25,2 \text{ г} \)

5. Расчет массовой доли сульфита натрия (Na2SO3) в растворе:

Масса раствора = 126 г.

Масса соли \( m(Na_2SO_3) = 25,2 \) г.

Массовая доля \( w(Na_2SO_3) = \frac{m(Na_2SO_3)}{m_{раствора}} × 100\% = \frac{25,2 × 100}{126} = \frac{2520}{126} = 20 \% \)

Уравнение реакции, о которой идёт речь в условии задачи:

\( SO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2SO_3 + H_2O \)

Ответ: Уравнение реакции: \( SO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2SO_3 + H_2O \). Массовая доля соли в полученном растворе составляет 20 %.