Второй способ: В производственных условиях дигидрофосфат аммония готовят насыщением 70%-ной ортофосфорной кислоты аммиаком. Этот метод можно применять и в лаборатории. В стакан емкостью 200-250 см 3 , снабженный мешалкой и термометром, налейте около 150 см 3 70%-ной Н3РО4 и насыщайте ее при перемешивании аммиаком. Аммиак пропускают через жидкость со скоростью 1,5 дм 3 /мин. По мере нейтрализации раствор нагревается; необходимо следить за тем, чтобы его температура не превышала 75 °С, так как выше этой температуры поглощение аммиака резко уменьшается. Соль начинает выпадать задолго до окончания нейтрализации. Конец реакции определите в отдельной пробе по метиловому оранжевому. Раствор охладите, выпавшие бесцветные кристаллы отфильтруйте на воронке Бюхнера, промойте небольшим количеством холодной воды и высушите при 100 °С. Соль следует хранить в плотно закрытой склянке. Рассчитать теоретический выход продукта.
Чтобы рассчитать теоретический выход продукта — дигидрофосфата аммония (NH4)2HPO4 — из реакции нейтрализации ортофосфорной кислоты (H3PO4) аммиаком (NH3), необходимо знать стехиометрию реакции и соответствующие молекулярные массы реагентов и продукта.
Запишите уравнение реакции:
\[ H3PO4 + 2 NH3 \rightarrow (NH4)2HPO4 + H2O \]
Определите молекулярные массы:
- Молекулярная масса H3PO4 ≈ 98 г/моль
- Молекулярная масса NH3 ≈ 17 г/моль
- Молекулярная масса (NH4)2HPO4 ≈ 132 г/моль
Рассчитайте количество реагентов: У вас есть 150 см³ 70%-ной ортофосфорной кислоты. Для начала найдем массу H3PO4 в 150 см³ раствора:
- Плотность 70%-ного раствора H3PO4 ≈ 1,5 г/см³.
- Масса раствора = 150 см³ × 1,5 г/см³ = 225 г.
- Масса H3PO4 в растворе = 70% от 225 г = 0,7 × 225 г = 157,5 г.
Рассчитайте количество H3PO4 в молях: \[ n(H3PO4) = \frac{m(H3PO4)}{M(H3PO4)} = \frac{157,5 г}{98 г/моль} \approx 1,606 моль \]
Рассчитайте количество NH3, необходимое для реакции: По уравнению реакции на 1 моль H3PO4 требуется 2 моля NH3: \[ n(NH3) = 2 \times n(H3PO4) = 2 \times 1,606 моль \approx 3,212 моль \]
Рассчитайте массу NH3: \[ m(NH3) = n(NH3) \times M(NH3) = 3,212 моль \times 17 г/моль \approx 54,6 г \]
Теперь рассчитываем теоретический выход (NH4)2HPO4: Из уравнения видно, что на 1 моль H3PO4 образуется 1 моль (NH4)2HPO4, следовательно, количество (NH4)2HPO4 будет равно количеству H3PO4, т.е. 1,606 моль:
\[ m((NH4)2HPO4) = n((NH4)2HPO4) \times M((NH4)2HPO4) = 1,606 моль \times 132 г/моль \approx 212 г \]
Таким образом, теоретический выход дигидрофосфата аммония при описанных условиях составит примерно 212 граммов. Не забудьте учитывать факторы, которые могут повлиять на выход, такие как эффективность процесса и потери при фильтрации.
