Пентахлорид фосфора массой 2,085 г осторожно внесли в 200 г 15%-ого раствора карбоната натрия, при этом не наблюдали выделение газа. Запишите уравнение реакции и рассчитайте массовую долю гидрофосфата натрия в полученном растворе.

Решение задачи:

1. Анализ условий и составление уравнения реакции:

   Пентахлорид фосфора ($PCl_5$) реагирует с водой, гидролизуясь, чтобы образовать ортофосфорную кислоту ($H_3PO_4$) и хлорводород ($HCl$) по следующему уравнению:

   $$PCl_5 + 4H_2O \rightarrow H_3PO_4 + 5HCl$$

   В данном случае реакция проводилась в растворе карбоната натрия ($Na_2CO_3$). При добавлении $PCl_5$ в этот раствор, происходит реакция нейтрализации между $H_3PO_4$, образовавшейся при гидролизе $PCl_5$, и $Na_2CO_3$.

   Полное уравнение реакции взаимодействия фосфорной кислоты с карбонатом натрия выглядит следующим образом:

   $$H_3PO_4 + Na_2CO_3 \rightarrow NaH_2PO_4 + H_2O + CO_2$$

   Однако в условии указано, что газ ($CO_2$) не выделяется. Это говорит о том, что фосфорная кислота взаимодействует с карбонатом натрия в избыточном количестве, образуя гидрофосфат натрия ($Na_2HPO_4$):

   $$H_3PO_4 + 2Na_2CO_3 \rightarrow 2Na_2HPO_4 + 2H_2O$$

   Следовательно, продукт реакции — гидрофосфат натрия ($Na_2HPO_4$).

2. Расчеты:

   1. Молярная масса $PCl_5$:

      $$M(PCl_5) = M(P) + 5 \cdot M(Cl) = 31 + 5 \cdot 35,5 = 208,5 \, \text{г/моль}.$$

      Масса $PCl_5$ в задаче — 2,085 г.

      Найдем количество вещества $PCl_5$:

      $$n(PCl_5) = \frac{m(PCl_5)}{M(PCl_5)} = \frac{2,085}{208,5} = 0,01 \, \text{моль}.$$

   2. Образование $H_3PO_4$:

      По уравнению реакции:

      $$1 \, \text{моль } PCl_5 \rightarrow 1 \, \text{моль } H_3PO_4.$$

      Следовательно, количество образовавшейся фосфорной кислоты:

      $$n(H_3PO_4) = 0,01 \, \text{моль}.$$

   3. Масса карбоната натрия в растворе:

      Раствор 15%-й, масса раствора — 200 г. Масса карбоната натрия:

      $$m(Na_2CO_3) = \frac{15}{100} \cdot 200 = 30 \, \text{г}.$$

      Молярная масса $Na_2CO_3$:

      $$M(Na_2CO_3) = 2 \cdot M(Na) + M(C) + 3 \cdot M(O) = 2 \cdot 23 + 12 + 3 \cdot 16 = 106 \, \text{г/моль}.$$