Какие вещества образуются в результате реакции фосфата кальция с магнием при нагревании? Какой ядовитый газ выделяется

Aleksey

7

При нагревании фосфата кальция (Ca3(PO4)2) с магнием (Mg) образуется фосфид магния (Mg3P2) и кальций (Ca):

\[3 Ca3(PO4)2 + 10 Mg \rightarrow 6 Mg3P2 + Ca6(PO4)2\]

При взаимодействии фосфида магния с водой (H2O), образуется ядовитый газ – фосфин (PH3):

\[Mg3P2 + 6 H2O \rightarrow 3 Mg(OH)2 + 2 PH3\]

Фосфин (PH3) окисляется кислородом из воздуха в две последовательные реакции. Сначала образуется оксид фосфора(III) (P4O6), а затем он дальше окисляется до оксида фосфора(V) (P4O10):

\[4 PH3 + 8 O2 \rightarrow 2 P4O6 + 6 H2O\]
\[P4O6 + 5 O2 \rightarrow P4O10\]

Теперь мы можем вычислить объем воздуха, необходимого для окисления 2,4 грамма магния в первой реакции. Для этого, сначала вычислим количество молей магния, зная его молярную массу (24 г/моль) и заданную массу (2,4 г):

\[n_{Mg} = \frac{m_{Mg}}{M_{Mg}} = \frac{2,4 \, \text{г}}{24 \, \text{г/моль}} = 0,1 \, \text{моль}\]

Используя уравнение реакции, мы можем установить соотношение между магнием и фосфидом магния:

\[3 Ca3(PO4)2 + 10 Mg \rightarrow 6 Mg3P2 + Ca6(PO4)2\]

Из уравнения следует, что соотношение между магнием и фосфидом магния составляет 10:6. Таким образом, мы можем вычислить количество молей фосфида магния, образующегося при реакции:

\[n_{Mg3P2} = \frac{10}{6} \cdot n_{Mg} = \frac{10}{6} \cdot 0,1 \, \text{моль} \approx 0,17 \, \text{моль}\]

Теперь мы можем использовать стехиометрическое соотношение между фосфидом магния и фосфином, чтобы найти количество молей фосфина:

\[Mg3P2 + 6 H2O \rightarrow 3 Mg(OH)2 + 2 PH3\]

Из соотношения следует, что каждые 2 моля фосфида магния (Mg3P2) образуют 2 моля фосфина (PH3). Таким образом, количество молей фосфина составляет:

\[n_{PH3} = \frac{2}{3} \cdot n_{Mg3P2} = \frac{2}{3} \cdot 0,17 \, \text{моль} \approx 0,11 \, \text{моль}\]

Далее, чтобы вычислить объем воздуха, необходимого для окисления данного количества фосфина, мы должны использовать соотношение между молекулярным объемом газа и количеством молей. По идеальному газовому закону, 1 моль любого газа занимает примерно 22,4 литров объема при нормальных условиях (0 °C и 1 атм):

\[V_{\text{возд}} = n_{PH3} \cdot V_{\text{мольный}} = 0,11 \, \text{моль} \cdot 22,4 \, \text{л/моль} \approx 2,464 \, \text{л}\]

Таким образом, для окисления данного количества фосфина, необходимо приблизительно 2,464 литра воздуха при нормальных условиях.