Здравствуйте, уважаемые читатели!
Сегодня - задача из сб. Пузакова с соавт. Задача - весьма и весьма... Главные усложнения -атомистика и неоднозначный химизм. И если атомистика здесь и на усложнение как -то не тянет, то химия в этой задаче - главное "украшение". Первый этап - реакция фосфата натрия со смесью азотной и азотистой кислот. Азотная - сильная кислота, опять же, с ней вопросов не возникает, но азотистая... Для обоснования своего хода решения привела константы диссоциации "заинтересованных " кислот (К2 и К3 для фосфорной и К для азотистой). На втором этапе - взаимодействие аммиака в растворе со смесью кислых солей . Здесь важно, что аммиак "выберет" более кислую соль (дигидрофосфат натрия). Нагрев в растворе смеси нитрита и соли аммония - реакция известная, затруднений не вызывает. Чем эта задача может быть полезна на этапе подготовки к ЕГЭ? На мой взгляд, она направлена на формирование навыков всестороннего рассмотрения и анализа химизма процесса, учета различных направлений его протекания. Итак,
Задача.
Через 8,2%-й раствор фосфата натрия пропускали оксид азота (IV) до тех пор, пока в растворе масса азота не составила 67,74% от массы фосфора. Через образовавшийся раствор затем пропустили аммиак, в результате чего масса азота в растворе составила 90,32% от массы фосфора. При нагревании полученного раствора выделился один газ - азот. Вычислите массовые доли солей в конечном растворе.
Решение.
1. Характеристики исходного раствора:
Пусть масса исходного раствора Na3PO4 =m1 =100 г, тогда n(Na3PO4)=8,2/164=0,05моль
n(P)=n(Na3PO4)=0,05моль, m(P)=31*0,05=1,55 г.
2. Химизм и стехиометрия процессов, протекавших при пропускании оксида азота через раствора фосфата натрия:
а)m1(N)=0,6774*m(P)=1,05г, n1(N)=1,05/14=0,075 моль,
n(NО2)= n1(N) =0,075 моль, m(NO2)=0,075*46=3,45 г
m(полученного раствора)= m2=100+3,45=103,45 г
б) 2NO2+H2O=HNO2+HNO3 (1)
n(HNO2)=0,5n(NО2)=0,0375 моль
n(HNO3)=0,5n(NО2)=0,0375 моль
в)KD (HNO2) = 4,6⋅10^(-4), K3D (H3PO4) = 2,2⋅10^(-13),
K2D (H3PO4) = 6,2⋅10^(-8), в реакцию с фосфатом могут вступать обе кислоты, при условии, что конечные продукты - кислые соли. Причем, в первую очередь будет реагировать более сильная HNO3.
Na3PO4+HNO3= Na2HPO4+NaNO3 (2)
Na3PO4+HNO2= Na2HPO4+NaNO2 (3)
Na2HPO4 +HNO2=NaH2PO4+NaNO2 (4)
n2(Na2HPO4)=n(HNO3)=0,0375 моль
n3(Na2HPO4)=n(Na3PO4)-n(HNO3)=0,0125 моль
n4(Na2HPO4)=n(HNO2)-n3(Na2HPO4)=0,025 моль
n4(Na H2PO4)= n4(Na2HPO4)=0,025 моль
г) состав раствора после пропускания оксида азота:
Na2HPO4 = 0,025 моль =n (Na3PO4)-n4(Na H2PO4))
Na H2PO4= 0,025 моль =n4(Na H2PO4))
n общ(NaNO2)= n(HNO2)=0,0375 моль
nобщ(NaNO3)= n(HNO3)=0,0375 моль
3. Химизм и стехиометрия процессов в растворе при пропускании аммиака и последующем нагреве.
а)m2(N)=0,9032*m(P)=1,4г, n2(N)=1,4/14=0,1 моль,
nдобавл(N)=n2(N)-n1(N)=0,1-0,075=0,025 моль= nдобавл(NН3)
mдобавл(NН3)=0,025*17=0,425 г
m(полученного раствора)= m3= m2+ mдобавл(NН3)=
=103,45+0,425=103,875 г
б)2Na H2PO4 +2NH3=Na2HPO4+(NH4)2HPO4 (5)
(NH4)2HPO4 + 2NaNO2 = 2N2+ 4H2O + Na2HPO4 (6)
n5(NH3)= 0,025 моль, n5(Na H2PO4)=n4(Na H2PO4)=0,025 моль.
В 5 реакции реагенты - в эквимолярном соотношении, прореагируют полностью, дигидрофосфат натрия полностью перейдет в гидрофосфат натрия, тогда:
n5(Na2 HPO4)=0,5 n5(Na H2PO4)=0,0125 моль.
n5((NH4)2HPO4)=0,0125 моль.
В 6 реакции соль аммония - в недостатке (0,0125 моль), NaNO2 - в избытке (0,0375 моль), тогда:
n6(N2)=2n5((NH4)2HPO4)=0,025 моль
n ост (NaNO2)=nобщ(NaNO2)-n6(NaNO2)=0,0375-0,025=0,0125 моль
4. Т.о. характеристики конечного раствора:
а) m конечного рра= m4=m3-m(N2)=103, 875-0,025*28=103,175 г
б) состав кон. рра:
--- Только гидрофосфат натрия Na2 HPO4 : n(Na2HPO4)=n(Na3PO4)=0,05 моль
NaNO2 : n ост (NaNO2)= 0,0125 моль
NaNO3= nобщ(NaNO3)= 0,0375 моль
в) W(Na2 HPO4)=0,05*142/103,175=0,069=6,9%
W(NaNO2)=0,0125*69/103,175=0,0084=0,84%
W(NaNO3)=0,0375*85/103,175=0,031= 3,1%
Всего доброго!
