Формула ортофосфорной кислоты

Определение и формула ортофосфорной кислоты

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Ортофосфорная (фосфорная кислота) при обычных условиях представляет собой белые, гигроскопичные кристаллы (рис. 1).

Плавится без разложения (42,35^oC). В жидком состоянии склонна к переохлаждению, при умеренном нагревании разлагается. Хорошо растворяется в воде. Является слабой кислотой.

Ортофосфорная кислота. Внешний вид и ее формула

Рис. 1. Ортофосфорная кислота. Внешний вид.

Химическая формула ортофосфорной кислоты

Химическая формула ортофосфорной кислоты H₃PO₄. Она показывает, что в состав данной молекулы входят три атома водорода (Ar = 1 а.е.м.), один атом фосфора (Ar = 31 а.е.м.) и четыре атома кислорода (Ar = 16 а.е.м.). По химической формуле можно вычислить молекулярную массу ортофосфорной кислоты:

Mr(H₃PO₄) = 3×Ar(H) + Ar(P) + 4×Ar(O);

Mr(H₃PO₄) = 3×1 + 31 + 4×16= 3 + 31 + 64 = 98

Графическая (структурная) формула ортофосфорной кислоты

Структурная (графическая) формула ортофосфорной кислоты является более наглядной. Она показывает то, как связаны атомы между собой внутри молекулы:

В зависимости от того, в каком агрегатном состоянии находится ортофосфорная кислота, её молекула может принимать в пространстве различную форму. Например, в газовой фазе это тетраэдр (рис. 2), а в кристаллической форме – молекулы состава PO(OH)₃, которые связаны между собой водородными связями в двухмерные слои.

Рис. 2. Пространственное строение молекулы ортофосфорной кислоты.

Ионная формула

Ортофосфорная кислота представляет собой трехосновную кислоту, которая подвергается ступенчатой диссоциации в водном растворе согласно следующим уравнениям реакции:

H₃PO₄ ↔ H⁺ + H₂PO₄^—;

H₂PO₄^— ↔ H⁺ + HPO₄^2-;

HPO₄^2- ↔ H⁺ + PO₄^3-

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

При сгорании 7 г органического вещества получили 11,2 л (н.у.) CO₂ и 9 г H₂O. Относительная плотность вещества по кислороду равна 1,313. Найдите молекулярную формулу вещества.

Решение

Составим схему реакции сгорания органического соединения обозначив количество атомов углерода, водорода и кислорода за «x», «у»и «z» соответственно:

C_xH_yO_z →CO₂ + H₂O

Определим массы элементов, входящих в состав этого вещества. Значения относительных атомных масс, взятые из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел: Ar(C) = 12 а.е.м., Ar(H) = 1 а.е.м., Ar(O) = 16 а.е.м.

m(C) = n(C)×M(C) = n(CO₂)×M(CO₂) = [V(CO₂) / V_m]×M(CO₂);

m(H) = n(H)×M(H) = 2×n(H₂O)×M(H) = [2×n(H₂O) / M(H₂O)]×M(H)

Рассчитаем молярные массы углекислого газа и воды. Как известно, молярная масса молекулы равна сумме относительных атомных масс атомов, входящих в состав молекулы (M = Mr):

M(CO₂) = Ar(C) + 2×Ar(O) = 12+ 2×16 = 12 + 32 = 44 г/моль;

M(H₂O) = 2×Ar(H) + Ar(O) = 2×1+ 16 = 2 + 16 = 18 г/моль

Тогда,

m(C) = [11,2 / 22,4]×44 = 6 г;

m(H) = [2×9 / 18] ×1 = 1 г

Определим химическую формулу соединения как C_xH_y:

x:y = m(C)/Ar(C) : m(H)/Ar(H);

x:y =6/12 :1/1;

x:y = 0,5 : 1 = 1: 2

Значит простейшая формула соединения CH₂и молярную массу 14 г/моль [M(CH₂) = Ar(C) + 2×Ar(H)= 12 + 2×1 = 14 г/моль].

Значение молярной массы органического вещества можно определить при помощи его плотности по кислороду:

M_substance = M(O₂) × D(O₂)_;

M_substance = 32 × 1,313 = 42 г/моль

Чтобы найти истинную формулу органического соединения найдем отношение полученных молярных масс:

M_substance / M(CH₂) = 42 / 14 = 3

Значит индексы атомов углерода и водорода должны быть в 3 раза выше, т.е. формула вещества будет иметь вид C₃H₆.

Ответ

C₃H₆

ПРИМЕР 2

Задание

Найдите молекулярную формулу вещества, если плотность его паров по водороду равна 67,5, а состав выражается следующими массовыми долями элементов: 23,7% серы, 23,7% кислорода, 52,6% хлора.

Решение

Массовая доля элемента Х в молекуле состава НХ рассчитывается по следующей формуле:

ω (Х) = n × Ar (X) / M (HX) × 100%

Обозначим количество моль элементов, входящих в состав соединения за «х» (сера), «у» (хлор) и «z» (кислород). Тогда, мольное отношение будет выглядеть следующим образом (значения относительных атомных масс, взятых из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел):

x:y:z = ω(S)/Ar(S) : ω(Cl)/Ar(Cl) : ω(O)/Ar(O);

x:y:z= 23,7/32 : 52,6/35,5 : 23,7/16;

x:y:z= 0,74 : 1,48:1,48 = 1 : 2: 2

Значит простейшая формула соединения серы, хлора и кислорода будет иметь вид SCl₂O₂ и молярную массу 135г/моль[M(SCl₂O₂) = Ar(S) + 2×Ar(Cl) + 2×Ar(O) = 32 + 2×35,5 + 2×16 = 32 + 71 + 32 = 135г/моль].

Значение молярной массы органического вещества можно определить при помощи его плотности по водороду:

M_substance = M(H₂) × D(H₂)_;

M_substance = 2 × 67,5 = 135 г/моль

Чтобы найти истинную формулу органического соединения найдем отношение полученных молярных масс:

M_substance / M(SCl₂O₂) = 135 / 135 = 1

Значит формула соединения серы, хлора и кислорода имеет вид SCl₂O₂.