Решение задачи по химии: P2O5 и его реакции

Хорошо, давайте разберем эти задачи по химии.

Задача 1. С какими из указанных веществ может реагировать оксид фосфора (V): K₂O, SiO₂, P₂O₅, Zn(OH)₂, H₂SO₄? Написать уравнения соответствующих реакций в молекулярной и ионной форме. Назвать все соединения. (1 балл)

Объяснение, как решать задачи такого типа:

Оксид фосфора (V), P₂O₅, является кислотным оксидом. Кислотные оксиды реагируют с:

1. Основными оксидами, образуя соли.
2. Основаниями (щелочами), образуя соли и воду.
3. Водой, образуя кислоты (если кислота устойчива).

Кислотные оксиды не реагируют с другими кислотными оксидами, кислотами.

Теперь рассмотрим каждое из предложенных веществ:

• K₂O (оксид калия) – это основной оксид.
• SiO₂ (оксид кремния (IV)) – это кислотный оксид.
• P₂O₅ (оксид фосфора (V)) – это кислотный оксид (само с собой не реагирует).
• Zn(OH)₂ (гидроксид цинка) – это амфотерный гидроксид, но в данном случае будет проявлять основные свойства, реагируя с кислотным оксидом.
• H₂SO₄ (серная кислота) – это кислота.

Итак, P₂O₅ будет реагировать с K₂O и Zn(OH)₂.

Решение:

Оксид фосфора (V) (P₂O₅) может реагировать с оксидом калия (K₂O) и гидроксидом цинка (Zn(OH)₂).

1. Реакция с оксидом калия (K₂O):

Оксид фосфора (V) (кислотный оксид) реагирует с оксидом калия (основной оксид), образуя соль – фосфат калия.

Молекулярное уравнение:

\[3K_2O + P_2O_5 \rightarrow 2K_3PO_4\]

Названия соединений:

• K₂O – оксид калия
• P₂O₅ – оксид фосфора (V)
• K₃PO₄ – фосфат калия

Ионное уравнение:

Оксиды не диссоциируют в растворе, поэтому ионное уравнение записывается только для растворимых солей. Фосфат калия – растворимая соль.

\[3K_2O + P_2O_5 \rightarrow 6K^+ + 2PO_4^{3-}\]

2. Реакция с гидроксидом цинка (Zn(OH)₂):

Оксид фосфора (V) (кислотный оксид) реагирует с гидроксидом цинка (амфотерный гидроксид, проявляющий основные свойства), образуя соль – фосфат цинка и воду.

Молекулярное уравнение:

\[3Zn(OH)_2 + P_2O_5 \rightarrow Zn_3(PO_4)_2 \downarrow + 3H_2O\]

Названия соединений:

• Zn(OH)₂ – гидроксид цинка
• P₂O₅ – оксид фосфора (V)
• Zn₃(PO₄)₂ – фосфат цинка
• H₂O – вода

Ионное уравнение:

Гидроксид цинка – нерастворимое основание, фосфат цинка – нерастворимая соль. Поэтому они записываются в молекулярной форме.

\[3Zn(OH)_2 + P_2O_5 \rightarrow Zn_3(PO_4)_2 \downarrow + 3H_2O\]

В данном случае полное ионное уравнение совпадает с молекулярным, так как все реагенты и продукты, кроме воды, являются нерастворимыми или оксидами.

---

Задача 2. К трем литрам воды прибавили один литр 30%-ного раствора гидроксида натрия (пл. 1,328 г/мл). Рассчитайте молярную концентрацию и молярность полученного раствора. (2 балла)

Объяснение, как решать задачи такого типа:

Для решения этой задачи нам нужно найти количество вещества гидроксида натрия (NaOH) и объемы/массы компонентов раствора.

Молярная концентрация (молярность) \(C_M\) – это количество вещества растворенного вещества в одном литре раствора. Единицы измерения: моль/л.

\[C_M = \frac{n}{V_{раствора}}\]

где \(n\) – количество вещества (моль), \(V_{раствора}\) – объем раствора (л).

Моляльность \(C_m\) – это количество вещества растворенного вещества в одном килограмме растворителя. Единицы измерения: моль/кг.

\[C_m = \frac{n}{m_{растворителя}}\]

где \(n\) – количество вещества (моль), \(m_{растворителя}\) – масса растворителя (кг).

План решения:

1. Найти массу 1 литра 30%-ного раствора NaOH.
2. Найти массу NaOH в этом растворе.
3. Найти количество вещества NaOH.
4. Найти массу воды в 1 литре 30%-ного раствора NaOH.
5. Найти общую массу растворителя (воды) в полученном растворе.
6. Найти общий объем полученного раствора (предполагаем аддитивность объемов, если не указано иное, но для точности лучше использовать плотность конечного раствора, если она известна. В данном случае, так как плотность конечного раствора не дана, мы будем считать, что объемы складываются, но это приближение).
7. Рассчитать молярную концентрацию.
8. Рассчитать моляльность.

Дано:

• Объем воды \(V_{H_2O, добавленной}\) = 3 л = 3000 мл
• Объем раствора NaOH \(V_{раствора\ NaOH}\) = 1 л = 1000 мл
• Массовая доля NaOH \(\omega_{NaOH}\) = 30% = 0,3
• Плотность раствора NaOH \(\rho_{раствора\ NaOH}\) = 1,328 г/мл

Найти:

• Молярная концентрация \(C_M\)
• Моляльность \(C_m\)

Решение:

1. Найдем массу 1 литра 30%-ного раствора NaOH:

\[m_{раствора\ NaOH} = V_{раствора\ NaOH} \times \rho_{раствора\ NaOH}\] \[m_{раствора\ NaOH} = 1000\ мл \times 1,328\ г/мл = 1328\ г\]

2. Найдем массу NaOH в этом растворе:

\[m_{NaOH} = m_{раствора\ NaOH} \times \omega_{NaOH}\] \[m_{NaOH} = 1328\ г \times 0,3 = 398,4\ г\]

3. Найдем количество вещества NaOH:

Молярная масса NaOH (M(NaOH)):

M(Na) = 23 г/моль

M(O) = 16 г/моль

M(H) = 1 г/моль

\[M(NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40\ г/моль\] \[n_{NaOH} = \frac{m_{NaOH}}{M(NaOH)}\] \[n_{NaOH} = \frac{398,4\ г}{40\ г/моль} = 9,96\ моль\]

4. Найдем массу воды в 1 литре 30%-ного раствора NaOH:

\[m_{H_2O\ в\ растворе\ NaOH} = m_{раствора\ NaOH} - m_{NaOH}\] \[m_{H_2O\ в\ растворе\ NaOH} = 1328\ г - 398,4\ г = 929,6\ г\]

5. Найдем общую массу растворителя (воды) в полученном растворе:

Масса добавленной воды:

Плотность воды \(\rho_{H_2O}\) = 1 г/мл.

\[m_{H_2O, добавленной} = V_{H_2O, добавленной} \times \rho_{H_2O}\] \[m_{H_2O, добавленной} = 3000\ мл \times 1\ г/мл = 3000\ г\]

Общая масса воды:

\[m_{H_2O, общая} = m_{H_2O, добавленной} + m_{H_2O\ в\ растворе\ NaOH}\] \[m_{H_2O, общая} = 3000\ г + 929,6\ г = 3929,6\ г = 3,9296\ кг\]

6. Найдем общий объем полученного раствора:

Предполагаем аддитивность объемов (объемы складываются):

\[V_{общего\ раствора} = V_{H_2O, добавленной} + V_{раствора\ NaOH}\] \[V_{общего\ раствора} = 3\ л + 1\ л = 4\ л\]

7. Рассчитаем молярную концентрацию \(C_M\):

\[C_M = \frac{n_{NaOH}}{V_{общего\ раствора}}\] \[C_M = \frac{9,96\ моль}{4\ л} = 2,49\ моль/л\]

8. Рассчитаем моляльность \(C_m\):

\[C_m = \frac{n_{NaOH}}{m_{H_2O, общая}}\] \[C_m = \frac{9,96\ моль}{3,9296\ кг} \approx 2,534\ моль/кг\]

Ответ:

Молярная концентрация полученного раствора составляет примерно 2,49 моль/л.

Моляльность полученного раствора составляет примерно 2,534 моль/кг.