Соляная кислота и фосфид кальция реагируют с образования хлорида кальция и выделением фосфина:
Ca3P2 + 6HCl → 3CaCl2 + 2PH3↑ (I)
Вычислим количество вещества соляной кислоты и фосфида кальция, вступающих в реакцию (I):
mисх.(HCl) = m(р-ра HCl) · ω(HCl) = 182,5 г · 0,2 = 36,5 г, отсюда
νисх.(HCl) = mисх.(HCl)/M(HCl) = 36,5 г/36,5 г/моль = 1 моль;
νисх.(Ca3P2) = mисх.(Ca3P2)/M(Ca3P2) = 18,2 г/182 г/моль = 0,1 моль.
По уравнению реакции (I) ν(HCl) = 6ν(Ca3P2) = 2ν(CaCl2), а по условию задачи количество вещества соляной кислоты в 10 раз больше количества вещества фосфида кальция, следовательно, непрореагировавшей остается соляная кислота:
νост.(HCl) = νисх.(HCl) − 6ν(Ca3P2) = 1 моль − 6 · 0,1 моль = 0,4 моль.
Количество вещества и масса образовавшего фосфина равны:
ν(PH3) = 2νисх.(Ca3P2) = 2 · 0,1 моль = 0,2 моль;
m(PH3) = ν(PH3) · M(PH3) = 0,2 моль · 34 г/моль = 6,8 г.
Вычислим количество гидрата карбоната натрия:
νисх.(Na2CO3 · 10H2O) = mисх.(Na2CO3 · 10H2O)/M(Na2CO3 · 10H2O) = 200,2 г/286 г/моль = 0,7 моль.
В карбонатом натрия взаимодействуют и хлорид кальция, и соляная кислота:
Na2CO3 + CaCl2 → CaCO3↓ + 2NaCl (II)
Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + CO2↑ + H2O (III)
Вычислим общее количество вещества карбоната натрия, взаимодействующих с соляной кислотой и хлоридом кальция:
νреаг.(Na2CO3) = ν(CaCl2) + 1/2νост.(HCl) = 3νисх.(Ca3P2) + 1/2νост.(HCl) = 3 · 0,1 моль + 1/2 · 0,4 моль = 0,3 моль + 0,2 моль = 0,5 моль.
Общее количество вещества и масса непрореагировавшего карбоната натрия равны:
νост.(Na2CO3) = νисх.(Na2CO3) − νреаг.(Na2CO3) = 0,7 моль – 0,5 моль = 0,2 моль;
mост.(Na2CO3) = νост.(Na2CO3) · M(Na2CO3) = 0,2 моль · 106 г/моль = 21,2 г.
Для расчета в дальнейшем массы конечного раствора необходимо знать массы выпадающего в осадок по реакции (II) карбоната кальция и выделяющего по реакции (III) углекислого газа:
ν(CaCl2) = ν(CaCO3) = 3νисх.(Ca3P2) = 0,3 моль;
m(CaCO3) = ν(CaCO3) · M(CaCO3) = 0,3 моль · 100 г/моль = 30 г;
ν(CO2) = 1/2νост.(HCl) = ½ · 0,4 моль = 0,2 моль;
m(CO2) = ν(CO2) · M(CO2) = 0,2 моль · 44 г/моль = 8,8 г
Массу полученного раствора вычисляем по формуле:
m(р-ра) = mисх.(р-ра HCl) + mисх.(Ca3P2) − m(PH3) + mисх.(Na2CO3 · 10H2O) − m(CaCO3) − m(CO2) = 182,5 г + 18,2 г – 6,8 г + 200,2 г – 30 г – 8,8 г = 355,3 г.
Массовая доля карбоната натрия равна:
ω(Na2CO3) = mост.(Na2CO3)/m(р-ра) · 100% = 21,2 г/355,3 г · 100% = 5,97%.
