Какая масса 38% фосфатной кислоты? Какой объём аммиака потребляет для получения 230 тонн аммофосфата и гидрофосфата аммония?
Чтобы решить эту задачу, начнём с определения механизма реакции между фосфатной кислотой и аммиаком, а затем рассчитаем массу фосфатной кислоты и объём аммиака, необходимый для получения указанных соединений.
Шаг 1: Понимание реакции
Фосфатная кислота (H₃PO₄) реагирует с аммиаком (NH₃) для образования аммофосфата (какой-то из форм может быть, например, NH₄H₂PO₄) и гидрофосфата аммония (NH₄HPO₄). Общий уравнением может быть записано следующим образом:
\[ \text{H}_3\text{PO}_4 + \text{NH}_3 \rightarrow \text{NH}_4\text{H}_2\text{PO}_4 \quad \text{(аммофосфат)} \] \[ \text{H}_3\text{PO}_4 + \text{2NH}_3 \rightarrow \text{(NH}_4)_2\text{HPO}_4 \quad \text{(гидрофосфат аммония)} \]
Шаг 2: Масса 38% фосфатной кислоты
Определение массы фосфатной кислоты:
Нам нужно 38% фосфатной кислоты для реакции.Давайте предположим, что нам нужно знать массу чистой H₃PO₄, необходимой для реакции, но запрашивается масса раствора, содержащего 38% H₃PO₄. Чтобы провести дальнейшие расчёты, нам нужно знать массовые доли и молекулярные массы:
- Молярная масса H₃PO₄ = 3(1) + 30.97 + 4(16) = 97.99 г/моль.
- Если мы обозначим массовую долю в 38% как 0.38, то чтобы получить 1 кг (1000 г) раствора:
\[ \text{масса H}_3\text{PO}_4 = 0.38 \times 1000 \, \text{г} = 380 \, \text{г} \]
Таким образом, в 1 кг 38% раствора содержится 380 г H₃PO₄.
Шаг 3: Рассчёт аммиака для 230 тонн
Теперь, чтобы получить 230 тонн аммофосфата и гидрофосфата аммония, нужно знать их молекулярную массу. Предположим, для упрощения, что массовое отношение между аммиаком и фосфатом таково, что для 1 моля H₃PO₄ нам нужно 1 моль NH₃.
230 тонн = 230000 кг = 230000000 г.
Нас интересует соотношение:
Для получения 1 моль H₃PO₄ (97.99 г) нужно 1 моль NH₃ (17.03 г), что составляет:
\[ \text{масса NH}_3 \text{ на 1 моль H}_3\text{PO}_4 = 17.03 \text{ г} \]
Так как мы с вами в объёме реально рассматриваем количество H₃PO₄ для 230000000 г:
Подсчитаем, сколько H₃PO₄ нам нужно:
\[ \text{количество H}_3\text{PO}_4 = \frac{230000000 \, \text{г}}{97.99 \, \text{г/моль}} \approx 2343006 \, \text{моль} \]
Теперь нам нужно узнать массу NH₃ для этого количества:
\[ \text{масса NH}_3 = 2343006 \, \text{моль} \times 17.03 \, \text{г/моль} \approx 39817175 \, \text{г} \approx 39817 \, \text{кг} \]
Это количество NH₃, необходимое для реакции.
Шаг 4: Перевод в объём
Теперь, чтобы узнать объём NH₃, нужно знать его плотность (плотность аммиака около 0.73 г/см³):
\[ \text{объём NH}_3 = \frac{39817175 \, \text{г}}{0.73 \, \text{г/см}^3} \approx 54506667 \, \text{мл} \approx 54507 \, \text{л} \]
Ответ
- Масса 38% фосфатной кислоты для реакции: 380 г из 1 кг раствора.
- Объём аммиака, необходимый для получения 230 тонн: примерно 54507 литров.
Этот процесс демонстрирует, как реагенты влияют на выход продукции в химических реакциях и важно делать расчёты правильно, следуя всем шагам.
