Определение формулы ортофосфата натрия

Задача 3.12.
В 60 г 18% ортофосфорной кислоты растворили 2,84 г оксида фосфора (V) и полученный раствор прокипятили. Какая соль и в каком количестве образуется, если к полученному раствору добавить 30 г гидроксида натрия?
Дано:
масса исходного раствора: m_р-ра(Н₃РО₄) = 60 г;
массовая доля Н₃РО₄ в исходном р-ре:  (Н₃РО₄)_{в исх р-ре} = 18% ;
масса оксида фосфора (V): m(Р₂О₅) = 2,84 г;
масса гидроксида натрия: m(NаОН) = 30 г.
Найти: формулу образующейся соли и ее количество.
Решение:
При растворении оксида фосфора (V) в водном растворе Н3РО4 при кипячении идет реакция с образованием ортофосфорной кислоты:

Р₂0₅ + 3Н₂О = 2Н₃РО₄

При этом концентрация Н₃РО₄ в растворе растет.
Далее к полученному более концентрированному раствору Н₃РО₄ добавляют NаОН. В зависимости от соотношения количеств Н₃РО₄ и NаОН могут идти реакции с образованием различных типов солей:

3NаОН + Н₃РО₄ = NаРO₄ + 3Н₂О
2NаОН + Н₃РO₄ = Nа₂НРО₄ + 2Н₂О
NаОН + Н₃РO₄ = NаН₂РО₄ + Н₂О

Причем могут реализоваться следующие ситуации:

а) при большем избытке щелочи [n(NаОН)  : n(Н₃РО₄)  >  3 : 1] образуется Nа₃РО₄ и часть NаОН остается в избытке;
б) при соотношении количеств веществ Н₃РО₄ и NаОН согласно одному из уравнений образуется только одна из солей.
в) при большом избытке кислоты [n(NаОН) : n(Н₃РО₄)  <  1 : 1] образуется только кислая соль и часть Н₃РО₄ остается в избытке.
г) когда соотношение количеств вещества Н₃РО₄ и NаОН находится в промежутке

[1 : 1 < n(NаОН) : n(Н₃РО₄)  <  3 : 1]

и не соответствует ни одной из реакций образуется смесь из двух солей1.
Для того, чтобы определить, какая из четырех возможных ситуаций реализуется в данной задаче необходимо найти соотношение количеств веществ NаОН и Н₃РО₄.

Видео:Установление эмпирической и молек. формул по массовым долям элем., входящих в состав в-ва. 10 класс.Скачать

1. Определим массу Н₃РО₄ в растворе до растворения в нем Р₂O₅:

2. Определим массу Н₃РО₄, которая образуется по реакции из 2,84 г Р₂О₅:

3. Находим общую массу Н₃РО₄ после растворения Р₂О₅:
m(Н₃РО₄)_общ = m(Н₃РО₄)_{в исх р-ре} + m(Н₃РО₄)_{образовалось} = 10,8 + 3,92 = 14,72 г.

4. Находим количество вещества Н₃РО₄.

5.  Находим количество вещества NаОН:

6. NаОН находится в большом избытке по отношению к Н₃РО₄

nН₃РО₄: n(Н₃РО₄) = 0,75 : 0,15 > 3 : 1

Следовательно, образуется средняя соль, и часть NаОН останется в избытке.
Количество вещества образующейся средней соли можно рассчитать по уравнению с образованием средней соли, используя значение количества вещества Н₃РО₄, т.к. оно в недостатке и расходуется полностью.

Ответ:  m(Nа₃РО₄) = 0,15 моль.

Kомментарии:
1 Данный случай является наиболее сложным. Задача в которой реализуется такая ситуация подробно рассмотрена в главе, посвященной смесям (№ 4.49 раздел 2.3 четвертой главы второй части книги.).