Решение: Массовая доля хлорида калия
Смесь оксида магния и фосфида магния, в которой массовая доля атомов магния равна 54,4%, растворили в 365 г 34%-ной соляной кислоты. При этом реагирующие вещества вступили в реакцию полностью. К полученному раствору добавили 232 г 30%-ного раствора фторида калия. Вычислите массовую долю хлорида калия в конечном растворе.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).
Решение по шагам
14 шаговЗапишем уравнения реакций растворения смеси в соляной кислоте:
$$\mathrm{MgO + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2O}$$Фосфид магния реагирует с кислотой с образованием хлорида магния и фосфина:
$$\mathrm{Mg_3P_2 + 6HCl \rightarrow 3MgCl_2 + 2PH_3\uparrow}$$Пусть $x\ \mathrm{моль}$ — количество вещества $\mathrm{MgO}$, а $y\ \mathrm{моль}$ — количество вещества $\mathrm{Mg_3P_2}$. Масса атомов магния в смеси равна $24(x+3y)$, а масса смеси — $40x+134y$.
$$\frac{24(x+3y)}{40x+134y}=0{,}544$$После преобразования получаем соотношение между количествами веществ:
$$24x+72y=21{,}76x+72{,}896y;\quad 2{,}24x=0{,}896y;\quad y=2{,}5x$$В 365 г 34%-ного раствора содержится:
$$m(\mathrm{HCl})=365\cdot0{,}34=124{,}1\ \mathrm{г};\quad n(\mathrm{HCl})=\frac{124{,}1}{36{,}5}=3{,}4\ \mathrm{моль}$$По уравнениям реакций на $x\ \mathrm{моль}$ $\mathrm{MgO}$ и $y\ \mathrm{моль}$ $\mathrm{Mg_3P_2}$ требуется $2x+6y$ моль $\mathrm{HCl}$. Так как вся кислота израсходована, имеем:
$$2x+6y=3{,}4;\quad 2x+6\cdot2{,}5x=3{,}4;\quad x=0{,}2\ \mathrm{моль};\quad y=0{,}5\ \mathrm{моль}$$Количество образовавшегося хлорида магния:
$$n(\mathrm{MgCl_2})=x+3y=0{,}2+3\cdot0{,}5=1{,}7\ \mathrm{моль}$$В 232 г 30%-ного раствора содержится фторид калия:
$$m(\mathrm{KF})=232\cdot0{,}30=69{,}6\ \mathrm{г};\quad n(\mathrm{KF})=\frac{69{,}6}{58}=1{,}2\ \mathrm{моль}$$При добавлении фторида калия протекает реакция:
$$\mathrm{MgCl_2+2KF\rightarrow MgF_2\downarrow+2KCl}$$Фторид калия является недостаточным реагентом. По уравнению реакции из $1{,}2\ \mathrm{моль}$ $\mathrm{KF}$ образуется $1{,}2\ \mathrm{моль}$ $\mathrm{KCl}$ и $0{,}6\ \mathrm{моль}$ осадка $\mathrm{MgF_2}$.
$$n(\mathrm{KCl})=1{,}2\ \mathrm{моль};\quad m(\mathrm{KCl})=1{,}2\cdot74{,}5=89{,}4\ \mathrm{г}$$Количество фосфина, выделившегося при реакции фосфида магния:
$$n(\mathrm{PH_3})=2y=1{,}0\ \mathrm{моль};\quad m(\mathrm{PH_3})=1{,}0\cdot34=34\ \mathrm{г}$$Масса осадка фторида магния:
$$m(\mathrm{MgF_2})=0{,}6\cdot62=37{,}2\ \mathrm{г}$$Масса конечного раствора равна сумме масс исходных веществ за вычетом масс выделившегося газа и осадка:
$$m_{\text{р-ра}}=(40\cdot0{,}2+134\cdot0{,}5)+365+232-34-37{,}2=600{,}8\ \mathrm{г}$$Рассчитаем массовую долю хлорида калия в конечном растворе:
$$\omega(\mathrm{KCl})=\frac{89{,}4}{600{,}8}\cdot100\%=14{,}88\%$$Массовая доля хлорида калия в конечном растворе равна $14{,}88\%$.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Неверно составляют выражение для массовой доли атомов магния в смеси.
Не учитывают, что при реакции фосфида магния с кислотой выделяется газ $\mathrm{PH_3}$.
Не вычитают из массы конечного раствора осадок $\mathrm{MgF_2}$.
Считают, что $\mathrm{MgCl_2}$ является недостаточным реагентом на второй стадии, хотя $\mathrm{KF}$ расходуется полностью.