Задача 1
Условие (кратко)
Методом электронного баланса уравнять P + HNO₃ + H₂O → H₃PO₄ + NO↑; найти массу H₃PO₄ из 17,2 г технического красного фосфора с 10 % примесей.
Решение
Дано
- \(m_{\text{техн}}(\mathrm{P}) = 17{,}2\) г
- \(w_{\text{прим}} = 10\,\%\)
Найти
- \(m(\mathrm{H_3PO_4})\)
Электронный баланс. Фосфор: \(0 \rightarrow +5\), азот: \(+5 \rightarrow +2\).
\[\mathrm{\overset{0}{P}} - 5e^- \rightarrow \mathrm{\overset{+5}{P}} \quad \times 3 \quad \text{окисление}\]
\[\mathrm{\overset{+5}{N}} + 3e^- \rightarrow \mathrm{\overset{+2}{N}} \quad \times 5 \quad \text{восстановление}\]
Наименьшее общее кратное 15: перед P и \(\mathrm{H_3PO_4}\) ставим 3, перед \(\mathrm{HNO_3}\) и NO — 5. Водород: справа \(3 \cdot 3 = 9\), слева 5 из кислоты, значит, нужно 2 молекулы воды. Кислород: слева \(15 + 2 = 17\), справа \(12 + 5 = 17\).
\[\mathrm{3P + 5HNO_3 + 2H_2O \rightarrow 3H_3PO_4 + 5NO\uparrow}\]
P — восстановитель, \(\mathrm{HNO_3}\) (азот +5) — окислитель.
Расчёт. Чистого фосфора 90 %: \(m(\mathrm{P}) = 17{,}2 \cdot 0{,}9 = 15{,}48\) г, \(n(\mathrm{P}) = \dfrac{15{,}48}{31} \approx 0{,}4994\) моль.
По уравнению \(n(\mathrm{H_3PO_4}) = n(\mathrm{P}) \approx 0{,}4994\) моль, \(m = 0{,}4994 \cdot 98 \approx 48{,}9 \approx 49\) г.
Ответ
3P + 5HNO₃ + 2H₂O → 3H₃PO₄ + 5NO↑; около 49 г H₃PO₄
Почему так
Число отданных фосфором и принятых азотом электронов уравнивают, а массу кислоты считают по чистому фосфору без примесей.
Подробнее — в теме «Фосфор и его соединения».