Фосфорная кислота. Фосфаты • Подумай, ответь, выполни... 1. Составьте молекулярные и ионные уравнения реакций фосфорной кислоты: а) с кальцием; б) с оксидом кальция; в) с гидроксидом кальция, взятым в избытке; в недостатке. Под формулами запишите названия со- ответствующих веществ. 2. Составьте уравнения реакций согласно схеме 8. Обсудите выпол- нение задания с соседом по парте. 3. Сколько фосфорной кислоты можно получить из 31 т фосфата кальция, содержащего 20% примесей? 4. Раствор фосфорной кислоты массой 49 кг с массовой долей Н3РО4 50% нейтрализовали гидроксидом кальция. Определите массу образовав- шегося фосфата кальция.

Разберу подробно каждое задание.

1. Составьте молекулярные и ионные уравнения реакций фосфорной кислоты: а) с кальцием; б) с оксидом кальция; в) с гидроксидом кальция, взятым в избытке; в недостатке. Под формулами запишите названия соответствующих веществ.

   а) Реакция фосфорной кислоты с кальцием:

   Молекулярное уравнение:

   $$3Ca + 2H_3PO_4 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 + 3H_2$$ Кальций + Фосфорная кислота \rightarrow Фосфат кальция + Водород

   Ионное уравнение:

   $$3Ca + 6H^+ + 2PO_4^{3-} \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 + 3H_2$$

   б) Реакция фосфорной кислоты с оксидом кальция:

   Молекулярное уравнение:

   $$3CaO + 2H_3PO_4 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 + 3H_2O$$ Оксид кальция + Фосфорная кислота \rightarrow Фосфат кальция + Вода

   Ионное уравнение:

   $$3CaO + 6H^+ + 2PO_4^{3-} \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 + 3H_2O$$

   в) Реакция фосфорной кислоты с гидроксидом кальция:

   Реакция в избытке гидроксида кальция:

   Молекулярное уравнение:

   $$Ca(OH)_2(изб.) + H_3PO_4 \rightarrow CaHPO_4 + 2H_2O$$ Гидроксид кальция + Фосфорная кислота \rightarrow Гидрофосфат кальция + Вода

   Ионное уравнение:

   $$Ca^{2+} + 2OH^- + 2H^+ + PO_4^{3-} \rightarrow CaPO_4^- + 2H_2O$$

   Реакция в недостатке гидроксида кальция:

   Молекулярное уравнение:

   $$3Ca(OH)_2 + 2H_3PO_4 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 + 6H_2O$$ Гидроксид кальция + Фосфорная кислота \rightarrow Фосфат кальция + Вода

   Ионное уравнение:

   $$3Ca^{2+} + 6OH^- + 6H^+ + 2PO_4^{3-} \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 + 6H_2O$$

2. Составьте уравнения реакций согласно схеме 8. Обсудите выполнение задания с соседом по парте.

   Схема 8 отображает переходы между различными формами фосфора и его соединений:

   Фосфор (P) → Фосфин (PH3) Фосфор (P) → Оксид фосфора(V) (P2O5) Оксид фосфора(V) (P2O5) → Фосфорная кислота (H3PO4) Фосфорная кислота (H3PO4) → Фосфаты (например, Ca3(PO4)2)

   Уравнения реакций для этих переходов:

   $$P_4 + 6H_2 \rightarrow 4PH_3$$

   $$P_4 + 5O_2 \rightarrow 2P_2O_5$$

   $$P_2O_5 + 3H_2O \rightarrow 2H_3PO_4$$

   $$3Ca(OH)_2 + 2H_3PO_4 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 + 6H_2O$$

3. Сколько фосфорной кислоты можно получить из 31 т фосфата кальция, содержащего 20% примесей?

   1. Определите массу чистого фосфата кальция в 31 т смеси:

   $$m(Ca_3(PO_4)_2) = 31 \times (1 - 0.20) = 31 \times 0.8 = 24.8 \text{ т}$$.

   2. Вычислите количество вещества чистого фосфата кальция:

   $$M(Ca_3(PO_4)_2) = 3 \times 40 + 2 \times (31 + 4 \times 16) = 120 + 2 \times 95 = 310 \text{ г/моль}$$.

   $$n(Ca_3(PO_4)_2) = \frac{24.8 \times 10^6 \text{ г}}{310 \text{ г/моль}} = 80000 \text{ моль}$$.

   3. Согласно уравнению реакции, из 1 моль фосфата кальция образуется 2 моль фосфорной кислоты. Следовательно, количество вещества фосфорной кислоты будет:

   $$n(H_3PO_4) = 2 \times n(Ca_3(PO_4)_2) = 2 \times 80000 \text{ моль} = 160000 \text{ моль}$$.

   4. Вычислите массу фосфорной кислоты:

   $$M(H_3PO_4) = 3 \times 1 + 31 + 4 \times 16 = 98 \text{ г/моль}$$.

   $$m(H_3PO_4) = n(H_3PO_4) \times M(H_3PO_4) = 160000 \text{ моль} \times 98 \text{ г/моль} = 15680000 \text{ г} = 15.68 \text{ т}$$.

   Ответ: 15.68 т.

4. Раствор фосфорной кислоты массой 49 кг с массовой долей Н3РО4 50% нейтрализовали гидроксидом кальция. Определите массу образовавшегося фосфата кальция.

   1. Определите массу чистой фосфорной кислоты в растворе:

   $$m(H_3PO_4) = 49 \times 0.50 = 24.5 \text{ кг} = 24500 \text{ г}$$.

   2. Вычислите количество вещества фосфорной кислоты:

   $$M(H_3PO_4) = 3 \times 1 + 31 + 4 \times 16 = 98 \text{ г/моль}$$.

   $$n(H_3PO_4) = \frac{24500 \text{ г}}{98 \text{ г/моль}} = 250 \text{ моль}$$.

   3. Запишем уравнение реакции нейтрализации фосфорной кислоты гидроксидом кальция:

   $$2H_3PO_4 + 3Ca(OH)_2 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 + 6H_2O$$

   4. Из уравнения видно, что на 2 моль фосфорной кислоты образуется 1 моль фосфата кальция. Следовательно, количество вещества фосфата кальция:

   $$n(Ca_3(PO_4)_2) = \frac{1}{2} \times n(H_3PO_4) = \frac{1}{2} \times 250 \text{ моль} = 125 \text{ моль}$$.

   5. Вычислите массу образовавшегося фосфата кальция:

   $$M(Ca_3(PO_4)_2) = 3 \times 40 + 2 \times (31 + 4 \times 16) = 120 + 190 = 310 \text{ г/моль}$$.

   $$m(Ca_3(PO_4)_2) = n(Ca_3(PO_4)_2) \times M(Ca_3(PO_4)_2) = 125 \text{ моль} \times 310 \text{ г/моль} = 38750 \text{ г} = 38.75 \text{ кг}$$.

   Ответ: 38,75 кг.