Question

Нитрат магния массой 28 г прокалили, при этом выделилось 7,4 л газов. К полученному твердому остатку прилили 0,33 л 12,5%-й фосфорной кислоты (ρ = 1,15 г/мл). Определите массовые доли веществ в конечном растворе

Answer 1

дано:
m(Mg(NO3)2) = 28 г V(газов) = 7.4 л V(H3PO4) = 0.33 л ω(H3PO4) = 12.5% = 0.125 ρ(H3PO4) = 1.15 г/мл

найти
массовые доли веществ в конечном растворе

решение:

Прокаливание нитрата магния:
2Mg(NO3)2 = 2MgO + 4NO2 + O2

Количество вещества Mg(NO3)2:
n(Mg(NO3)2) = m(Mg(NO3)2) / M(Mg(NO3)2) = 28 г / 148 г/моль ≈ 0.189 моль

Из уравнения реакции: из 2 моль Mg(NO3)2 образуется 4 моль NO2 и 1 моль O2. Общее количество молей газов: 5 моль.
n(газов) = (5/2) * n(Mg(NO3)2) ≈ (5/2) * 0.189 моль ≈ 0.4725 моль

V(газов) = n(газов) * Vm ≈ 0.4725 моль * 22.4 л/моль ≈ 10.58 л

Экспериментальный объем газов (7.4 л) существенно меньше расчетного. Это указывает на неполное разложение нитрата магния или наличие в образце примесей. Для дальнейших расчетов будем использовать экспериментальный объем.

Количество вещества газов (экспериментальный):
n(газов)эксперим = V(газов) / Vm = 7.4 л / 22.4 л/моль ≈ 0.33 моль

Это количество вещества газов указывает на неполное разложение нитрата магния.

Масса MgO:
n(MgO) = n(Mg(NO3)2) ≈ 0.189 моль m(MgO) = n(MgO) * M(MgO) = 0.189 моль * 40 г/моль ≈ 7.56 г

Масса раствора H3PO4:
m(раствора H3PO4) = V(H3PO4) * ρ(H3PO4) = 0.33 л * 1000 мл/л * 1.15 г/мл = 379.5 г

Масса H3PO4:
m(H3PO4) = ω(H3PO4) * m(раствора H3PO4) = 0.125 * 379.5 г ≈ 47.4 г

Реакция MgO с H3PO4:
3MgO + 2H3PO4 = Mg3(PO4)2 + 3H2O

Количество вещества MgO:

n(MgO) = 7.56 г / 40 г/моль ≈ 0.189 моль

Количество вещества H3PO4:

n(H3PO4) = 47.4 г / 98 г/моль ≈ 0.484 моль

H3PO4 в избытке.

n(Mg3(PO4)2) = n(MgO) / 3 ≈ 0.063 моль

m(Mg3(PO4)2) = 0.063 моль * 262.8 г/моль ≈ 16.6 г

m(H3PO4)оставш = (0.484 моль - (2/3)*0.189 моль)*98 г/моль ≈ 36.6 г

m(H2O) = 3*0.063 моль * 18 г/моль ≈ 3.4 г

m(конечный раствор) ≈ 379.5 г + 7.56 г - 16.6 г ≈ 370.5 г

ω(Mg3(PO4)2) ≈ 16.6 г / 370.5 г ≈ 0.045 ≈ 4.5% ω(H3PO4)оставш ≈ 36.6 г / 370.5 г ≈ 0.099 ≈ 9.9% ω(H2O) ≈ 3.4 г / 370.5 г ≈ 0.009 ≈ 0.9%

Ответ:
ω(Mg3(PO4)2) ≈ 4.5% ω(H3PO4) ≈ 9.9% ω(H2O) ≈ 0.9% (приблизительно)