Решение задачи: взаимодействие оксида фосфора (V)

Вот решение задач с объяснениями, оформленное так, чтобы было удобно переписать в тетрадь. 1. С какими из указанных веществ может реагировать оксид фосфора (V): \( \text{K}_2\text{O} \), \( \text{SiO}_2 \), \( \text{P}_2\text{O}_5 \), \( \text{Zn(OH)}_2 \), \( \text{H}_2\text{SO}_4 \)? Написать уравнения соответствующих реакций в молекулярной и ионной форме. Назвать все соединения. Оксид фосфора (V), \( \text{P}_2\text{O}_5 \), является кислотным оксидом. Кислотные оксиды реагируют с основными оксидами, основаниями и водой. Они не реагируют с другими кислотными оксидами и кислотами. Рассмотрим каждое вещество: * \( \text{K}_2\text{O} \) (оксид калия) – это основной оксид. Кислотный оксид реагирует с основным оксидом. * \( \text{SiO}_2 \) (оксид кремния (IV)) – это кислотный оксид. Кислотный оксид не реагирует с другим кислотным оксидом. * \( \text{P}_2\text{O}_5 \) (оксид фосфора (V)) – это кислотный оксид. Кислотный оксид не реагирует с другим кислотным оксидом. * \( \text{Zn(OH)}_2 \) (гидроксид цинка) – это амфотерный гидроксид. Кислотный оксид реагирует с амфотерным гидроксидом. * \( \text{H}_2\text{SO}_4 \) (серная кислота) – это кислота. Кислотный оксид не реагирует с кислотой. Таким образом, оксид фосфора (V) будет реагировать с \( \text{K}_2\text{O} \) и \( \text{Zn(OH)}_2 \). Напишем уравнения реакций: 1. Реакция с \( \text{K}_2\text{O} \) (оксид калия): Молекулярное уравнение: \[ \text{3K}_2\text{O} + \text{P}_2\text{O}_5 \rightarrow \text{2K}_3\text{PO}_4 \] Названия соединений: \( \text{K}_2\text{O} \) – оксид калия \( \text{P}_2\text{O}_5 \) – оксид фосфора (V) \( \text{K}_3\text{PO}_4 \) – фосфат калия Ионное уравнение: \( \text{K}_2\text{O} \) – это основной оксид, который не диссоциирует в растворе. \( \text{P}_2\text{O}_5 \) – это кислотный оксид, который также не диссоциирует. \( \text{K}_3\text{PO}_4 \) – это растворимая соль, которая диссоциирует. \[ \text{3K}_2\text{O} + \text{P}_2\text{O}_5 \rightarrow \text{6K}^+ + \text{2PO}_4^{3-} \] (В данном случае, так как оксиды не диссоциируют, полное ионное уравнение будет выглядеть так же, как молекулярное, если рассматривать их как неэлектролиты. Однако, если реакция происходит в расплаве или с образованием растворимой соли, то продукт диссоциирует.) Если рассматривать реакцию как взаимодействие оксидов, то ионное уравнение не пишется в классическом виде, так как оксиды не являются ионными соединениями в растворе. Но если представить, что \( \text{K}_2\text{O} \) сначала реагирует с водой, образуя \( \text{KOH} \), а затем \( \text{KOH} \) реагирует с \( \text{P}_2\text{O}_5 \) (который с водой образует \( \text{H}_3\text{PO}_4 \)), то можно написать ионное уравнение для реакции кислоты и основания. Однако, в данном случае, это прямое взаимодействие оксидов. Для школьного уровня, если требуется ионное уравнение, обычно подразумевается, что продукты реакции, если они растворимы, диссоциируют. Полное ионное уравнение (если бы реакция происходила в растворе с образованием ионов): \[ \text{3K}_2\text{O} + \text{P}_2\text{O}_5 \rightarrow \text{6K}^+ + \text{2PO}_4^{3-} \] Сокращенное ионное уравнение: В данном случае, так как реагенты не являются ионами, сокращенное ионное уравнение не имеет смысла. 2. Реакция с \( \text{Zn(OH)}_2 \) (гидроксид цинка): Молекулярное уравнение: \[ \text{3Zn(OH)}_2 + \text{P}_2\text{O}_5 \rightarrow \text{Zn}_3(\text{PO}_4)_2 + \text{3H}_2\text{O} \] Названия соединений: \( \text{Zn(OH)}_2 \) – гидроксид цинка \( \text{P}_2\text{O}_5 \) – оксид фосфора (V) \( \text{Zn}_3(\text{PO}_4)_2 \) – фосфат цинка \( \text{H}_2\text{O} \) – вода Ионное уравнение: \( \text{Zn(OH)}_2 \) – это нерастворимое основание (амфотерный гидроксид), которое не диссоциирует. \( \text{P}_2\text{O}_5 \) – оксид, не диссоциирует. \( \text{Zn}_3(\text{PO}_4)_2 \) – это нерастворимая соль, которая не диссоциирует. \( \text{H}_2\text{O} \) – вода, слабый электролит. Поскольку все реагенты и продукты (кроме воды) являются нерастворимыми или неэлектролитами, ионное уравнение в данном случае не пишется, так как нет диссоциации на ионы. Молекулярное уравнение является наиболее полным представлением этой реакции. Если бы реакция происходила в щелочной среде, то \( \text{Zn(OH)}_2 \) мог бы образовать комплексные ионы, но в данном случае это прямое взаимодействие с кислотным оксидом. 2. К трем литрам воды прибавили один литр 30%-ного раствора гидроксида натрия (пл. 1,328 г/мл). Рассчитайте молярную концентрацию и моляльность полученного раствора. Дано: Объем воды \( V_{\text{воды}} = 3 \text{ л} \) Объем раствора \( \text{NaOH} \) \( V_{\text{раствора NaOH}} = 1 \text{ л} \) Массовая доля \( \text{NaOH} \) в растворе \( \omega(\text{NaOH}) = 30\% = 0,3 \) Плотность раствора \( \text{NaOH} \) \( \rho_{\text{раствора NaOH}} = 1,328 \text{ г/мл} \) Найти: Молярная концентрация \( C_M \) Моляльность \( b \) Решение: Шаг 1: Найдем массу раствора \( \text{NaOH} \). Плотность дана в г/мл, переведем объем в мл: \( 1 \text{ л} = 1000 \text{ мл} \). \[ m_{\text{раствора NaOH}} = \rho_{\text{раствора NaOH}} \cdot V_{\text{раствора NaOH}} \] \[ m_{\text{раствора NaOH}} = 1,328 \text{ г/мл} \cdot 1000 \text{ мл} = 1328 \text{ г} \] Шаг 2: Найдем массу \( \text{NaOH} \) в растворе. \[ m_{\text{NaOH}} = m_{\text{раствора NaOH}} \cdot \omega(\text{NaOH}) \] \[ m_{\text{NaOH}} = 1328 \text{ г} \cdot 0,3 = 398,4 \text{ г} \] Шаг 3: Найдем количество вещества \( \text{NaOH} \). Молярная масса \( \text{NaOH} \): \( M(\text{NaOH}) = 23 (\text{Na}) + 16 (\text{O}) + 1 (\text{H}) = 40 \text{ г/моль} \). \[ n_{\text{NaOH}} = \frac{m_{\text{NaOH}}}{M(\text{NaOH})} \] \[ n_{\text{NaOH}} = \frac{398,4 \text{ г}}{40 \text{ г/моль}} = 9,96 \text{ моль} \] Шаг 4: Найдем общий объем полученного раствора для расчета молярной концентрации. Объем воды \( V_{\text{воды}} = 3 \text{ л} \). Объем раствора \( \text{NaOH} \) \( V_{\text{раствора NaOH}} = 1 \text{ л} \). Предполагаем, что объемы аддитивны (складываются). \[ V_{\text{общего раствора}} = V_{\text{воды}} + V_{\text{раствора NaOH}} \] \[ V_{\text{общего раствора}} = 3 \text{ л} + 1 \text{ л} = 4 \text{ л} \] Шаг 5: Рассчитаем молярную концентрацию \( C_M \). \[ C_M = \frac{n_{\text{NaOH}}}{V_{\text{общего раствора}}} \] \[ C_M = \frac{9,96 \text{ моль}}{4 \text{ л}} = 2,49 \text{ моль/л} \] Шаг 6: Найдем массу воды в исходном растворе \( \text{NaOH} \). \[ m_{\text{воды в растворе NaOH}} = m_{\text{раствора NaOH}} - m_{\text{NaOH}} \] \[ m_{\text{воды в растворе NaOH}} = 1328 \text{ г} - 398,4 \text{ г} = 929,6 \text{ г} \] Шаг 7: Найдем общую массу растворителя (воды) для расчета моляльности. Масса 3 литров воды: \( m_{\text{добавленной воды}} = V_{\text{воды}} \cdot \rho_{\text{воды}} \). Плотность воды \( \rho_{\text{воды}} \approx 1 \text{ г/мл} = 1 \text{ кг/л} \). \[ m_{\text{добавленной воды}} = 3 \text{ л} \cdot 1 \text{ кг/л} = 3 \text{ кг} = 3000 \text{ г} \] \[ m_{\text{общей воды}} = m_{\text{добавленной воды}} + m_{\text{воды в растворе NaOH}} \] \[ m_{\text{общей воды}} = 3000 \text{ г} + 929,6 \text{ г} = 3929,6 \text{ г} = 3,9296 \text{ кг} \] Шаг 8: Рассчитаем моляльность \( b \). \[ b = \frac{n_{\text{NaOH}}}{m_{\text{общей воды (в кг)}}} \] \[ b = \frac{9,96 \text{ моль}}{3,9296 \text{ кг}} \approx 2,534 \text{ моль/кг} \] Ответ: Молярная концентрация полученного раствора \( C_M = 2,49 \text{ моль/л} \). Моляльность полученного раствора \( b \approx 2,534 \text{ моль/кг} \).