Задача 2. Сколько фосфорной кислоты можно получить из 10 кг оксида фосфора (V), если выход кислоты составляет 80% от теоретически возможного?

Разбор задачи:

Привет! Давай разберем эту химическую задачку по шагам. Нам нужно узнать, сколько фосфорной кислоты получится, если взять 10 кг оксида фосфора (V), но при этом выход будет не 100%, а только 80%. Звучит интересно, правда?

1. Запишем условие:

   Дано:

   • Масса оксида фосфора (V) = 10 кг
   • Выход кислоты = 80%

   Найти:

   • Массу фосфорной кислоты.
2. Напишем химическое уравнение:

   Сначала оксид фосфора (V) реагирует с водой, чтобы получилась фосфорная кислота. Формула оксида фосфора (V) - P₂O₅, а фосфорной кислоты - H₃PO₄.

   Уравнение реакции:

   \[ \text{P}_2\text{O}_5 + 3\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{H}_3\text{PO}_4 \]

3. Рассчитаем молярные массы:

   Чтобы работать с килограммами, нам нужно перевести их в моли. Для этого понадобятся молярные массы веществ.

   • Молярная масса P₂O₅: (31 г/моль * 2) + (16 г/моль * 5) = 62 + 80 = 142 г/моль.
   • Молярная масса H₃PO₄: (1 г/моль * 3) + 31 г/моль + (16 г/моль * 4) = 3 + 31 + 64 = 98 г/моль.
4. Рассчитаем, сколько моль P₂O₅ у нас есть:

   Переведем килограммы в граммы: 10 кг = 10 000 г.

   Количество вещества P₂O₅ (n) = масса / молярная масса

   \[ n(\text{P}_2\text{O}_5) = \frac{10000 \text{ г}}{142 \text{ г/моль}} \approx 70.42 \text{ моль} \]

5. Рассчитаем теоретическую массу H₃PO₄:

   Из уравнения реакции мы видим, что 1 моль P₂O₅ дает 2 моль H₃PO₄. Значит, из 70.42 моль P₂O₅ получится:

   \[ n(\text{H}_3\text{PO}_4) = 70.42 \text{ моль} * 2 \approx 140.84 \text{ моль} \]

   Теперь найдем теоретическую массу H₃PO₄:

   \[ m(\text{H}_3\text{PO}_4)_{\text{теор}} = n * M = 140.84 \text{ моль} * 98 \text{ г/моль} \approx 13702.32 \text{ г} \]

   Переведем в килограммы: 13702.32 г ≈ 13.70 кг

6. Учтем выход кислоты (80%):

   У нас не вся масса превращается в продукт, а только 80%. Значит, реальную массу кислоты нужно рассчитать так:

   \[ m(\text{H}_3\text{PO}_4)_{\text{факт}} = m(\text{H}_3\text{PO}_4)_{\text{теор}} * \text{выход} / 100 \]

   \[ m(\text{H}_3\text{PO}_4)_{\text{факт}} = 13.70 \text{ кг} * 80 / 100 = 13.70 \text{ кг} * 0.8 = 10.96 \text{ кг} \]

Ответ: 10.96 кг