Рассчитайте, сколько граммов фосфора необходимо сжечь в кислороде, чтобы, растворив полученный оксид в 450 г. 25 %-ого раствора ортофосфорной кислоты, получив 50 %-ый раствор ортофосфорной кислоты.

Массовая концентрация определяется как w = mв / (mв + mр), где mв - масса вещества, mр - масса растворителя. Находим массу H3PO4 в растворе 0,25 = mв/450, mв = 112,5 г, отсюда масса воды в нашем растворе 450-112,5=337,5 г.

Запишем уравнение реакции образования ортофосфорной кислоты: P2O5 + 3 H2O = 2 H3PO4. При образовании кислоты также расходуется вода. Молярная масса воды М (Н2 О) = 18 г/моль, М (H3PO4) = 98 г/моль. Таким образом при реакции 1 г воды образуется 3,63 г кислоты (см. уравнение). Теперь можно записать уравнение для получения новой концентрации: w1 = (mв+х) / [ (mв+х) + (mр-у) ], где w1 - новая концентрация (0,5), х - масса кислоты, которую нужно прибавить к существующему раствору, у - количество воды, которое расходуется при этом. Но кислоты образуется в 3,63 раза больше (по массе), чем расходуется воды т. е. х = 3,63 у. Поэтому можно записать: w1 = (mв+3,63 у) / [ (mв+3,63 у) + (mр-у) ], отсюда находим у = [w1 * (mв + mр) - mв] / (3.63 - 2.63*w1), у = 48,596 г (воды расходуется), соответственно 337,5-48,596=288,9 г воды осталось в растворе. Масса кислоты, образовавшаяся при этом 3,63 * 48,596 = 176,4 г.

Проверка: mв = 176,4 + 112,5 = 288,9 г, mр = 288,9 г, новая концентрация: w1 = 288,9 / (288,9+288,9) = 0,5.

Определим необходимое количество оксида фосфора для образования кислоты. Мы уже знаем, что требуется 48,596 г воды для реакции. Отсюда не трудно определить массу оксида (см. уравнение). Молярная масса его М (P2O5) = 2*30,9 + 5*16 = 141,8 г/моль. Таким образом при реакции 1 моль (141,8 г) оксида расходуется 3 моль (54 г) воды а при реакции х г оксида расходуется 48,596 г воды. х = 127,6 г оксида прореагирует. Требуется 127,6 г оксида фосфора.

Реакция окисления фосфора: 4 Р + 5 О2 = 2 Р2 О5. Молярная масса фосфора М (Р) = 30,9 г/моль. Таким образом для того, чтобы образовалось 2 моль (283,6 г) оксида требуется 4 моль (123,6 г) фосфора, а для образования 127,6 г оксида - х. Находим х = 55,6 г фосфора нужно сжечь.