Номер 5, страница 66 - гдз по химии 9 класс учебник Шиманович, Василевская

5. Хватит ли раствора объемом 300 г с массовой долей КОН, равной 5 %, для полной нейтрализации раствора массой 200 г, в котором массовая доля фосфорной кислоты составляет 20 %? Определите среду раствора после окончания реакции.

Дано:

$m_{\text{р-ра}}(KOH) = 300$ г
$\omega(KOH) = 5 \% = 0.05$
$m_{\text{р-ра}}(H_3PO_4) = 200$ г
$\omega(H_3PO_4) = 20 \% = 0.20$

Найти:

1. Хватит ли KOH для полной нейтрализации $H_3PO_4$?
2. Среда раствора после реакции - ?

Решение:

Хватит ли раствора KOH для полной нейтрализации?
1. Найдем массы чистых веществ в исходных растворах по формуле $m(\text{вещества}) = m(\text{раствора}) \cdot \omega(\text{вещества})$.
Масса гидроксида калия: $m(KOH) = 300 \text{ г} \cdot 0.05 = 15 \text{ г}$.
Масса фосфорной кислоты: $m(H_3PO_4) = 200 \text{ г} \cdot 0.20 = 40 \text{ г}$.

2. Рассчитаем количество вещества (моль) для каждого реагента по формуле $n = \frac{m}{M}$, используя их молярные массы.
Молярная масса KOH: $M(KOH) = 39 + 16 + 1 = 56$ г/моль.
Молярная масса $H_3PO_4$: $M(H_3PO_4) = 3 \cdot 1 + 31 + 4 \cdot 16 = 98$ г/моль.
Количество вещества KOH: $n(KOH) = \frac{15 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} \approx 0.268 \text{ моль}$.
Количество вещества $H_3PO_4$: $n(H_3PO_4) = \frac{40 \text{ г}}{98 \text{ г/моль}} \approx 0.408 \text{ моль}$.

3. Запишем уравнение реакции полной нейтрализации фосфорной кислоты, в результате которой образуется средняя соль (фосфат калия).
$H_3PO_4 + 3KOH \rightarrow K_3PO_4 + 3H_2O$
Согласно стехиометрии уравнения, для полной нейтрализации 1 моль $H_3PO_4$ требуется 3 моль $KOH$. Рассчитаем, какое количество $KOH$ необходимо для нейтрализации всего имеющегося количества кислоты:
$n_{\text{необх.}}(KOH) = 3 \cdot n(H_3PO_4) = 3 \cdot 0.408 \text{ моль} = 1.224 \text{ моль}$.

4. Сравним необходимое количество KOH с имеющимся в наличии.
Необходимо: $1.224$ моль. В наличии: $0.268$ моль.
Так как $0.268 \text{ моль} < 1.224 \text{ моль}$, гидроксида калия недостаточно для полной нейтрализации фосфорной кислоты.
Ответ: Раствора KOH не хватит для полной нейтрализации фосфорной кислоты.

Определите среду раствора после окончания реакции.
Поскольку гидроксид калия (щелочь) находится в недостатке, а фосфорная кислота — в избытке, необходимо определить продукты реакции, чтобы установить среду конечного раствора.
Найдем мольное соотношение реагентов: $\frac{n(KOH)}{n(H_3PO_4)} = \frac{0.268}{0.408} \approx 0.657$.
Так как это соотношение меньше 1, реакция будет идти с образованием кислой соли — дигидрофосфата калия ($KH_2PO_4$) — по уравнению:
$H_3PO_4 + KOH \rightarrow KH_2PO_4 + H_2O$
В реакцию вступит весь KOH (0.268 моль) и такое же количество $H_3PO_4$ (0.268 моль). После реакции в растворе останется избыток фосфорной кислоты:
$n_{\text{ост.}}(H_3PO_4) = n_{\text{исх.}}(H_3PO_4) - n_{\text{прореаг.}}(H_3PO_4) = 0.408 \text{ моль} - 0.268 \text{ моль} = 0.140 \text{ моль}$.
В конечном растворе будут присутствовать фосфорная кислота ($H_3PO_4$) и образовавшаяся кислая соль ($KH_2PO_4$). Наличие в растворе избытка кислоты обуславливает кислую среду раствора.
Ответ: Среда раствора после окончания реакции – кислая.