Вычислите объем фосфина, который необходим для получения 49 г фосфорной кислоты при действии концентрированной азотной кислоты. Ответ укажите в литрах и округлите до десятых.
Для решения задачи сначала вспомним химические реакции и стехиометрию. Нам необходимо выяснить, какой объем фосфина (PH₃) необходим для получения указанного количества фосфорной кислоты (H₃PO₄).
Шаг 1: Определение молекулярного веса (ММ)
Фосфорная кислота (H₃PO₄):
- H: 1 г/моль × 3 = 3 г/моль
- P: 31 г/моль × 1 = 31 г/моль
- O: 16 г/моль × 4 = 64 г/моль
- ММ H₃PO₄ = 3 + 31 + 64 = 98 г/моль
Фосфин (PH₃):
- P: 31 г/моль × 1 = 31 г/моль
- H: 1 г/моль × 3 = 3 г/моль
- ММ PH₃ = 31 + 3 = 34 г/моль
Шаг 2: Определение количества молей фосфорной кислоты
Теперь, зная массу фосфорной кислоты, найдем количество молей:
\[ n(H₃PO₄) = \frac{m}{M} = \frac{49 \text{ г}}{98 \text{ г/моль}} = 0.5 \text{ моль} \]
Шаг 3: Составление уравнения реакции
Обычно, в реакцию между фосфином и концентрированной азотной кислотой образуется фосфорная кислота. Уравнение реакции выглядит следующим образом:
\[ 3 \text{PH}_{3} + 8 \text{HNO}_{3} \rightarrow \text{H}_{3}\text{PO}_{4} + 8 \text{NO}_{2} + 4 \text{H}_{2}\text{O} \]
Из этого уравнения видно, что 3 моль фосфина (PH₃) дают 1 моль фосфорной кислоты (H₃PO₄).
Шаг 4: Вычисление необходимого количества молей фосфина
Мы вычислили, что для получения 0.5 моль H₃PO₄ необходимо:
\[ \text{n(PH}_{3}) = 3 \times n(H₃PO₄) = 3 \times 0.5 = 1.5 \text{ моль} \]
Шаг 5: Вычисление массы необходимого фосфина
Теперь мы можем найти массу фосфина, используя его молекулярный вес:
\[ m(PH₃) = n(PH₃) \times M(PH₃) = 1.5 \text{ моль} \times 34 \text{ г/моль} = 51 \text{ г} \]
Шаг 6: Вычисление объема фосфина
Используем уравнение состояния идеального газа, чтобы перевести массу фосфина в объем. При стандартных условиях (0°C и 1 атм) 1 моль газа занимает 22.4 литра.
\[ V = n \times V_{\text{моль}} = 1.5 \text{ моль} \times 22.4 \text{ л/моль} = 33.6 \text{ л} \]
Ответ:
Таким образом, объем фосфина, необходимый для получения 49 г фосфорной кислоты, составляет 33.6 литра.
