2023-03-20
Минерал струвит представляет собой кристаллогидрат некоторого среднего ортофосфата. При прокаливании его до постоянной массы потеря массы составляет 54,66 %. Твердый осадок содержит 36,22 % оксида металла в составе другого соединения, при этом валентность металла не превышает двух.
1) Определите формулу минерала.
2) Где используется описанная реакция термического разложения фосфата?
Решение:
1) Продуктом разложения кристаллогидрата ортофосфата может быть мета-, ди- (пиро-) или ортофосфат. Если в исходном соединении $n(P_{2}O_{5}): n(Me_{x}O_{y} ) = 1 : a$, то для метафосфата $a = 1$, для дифосфата $a = 2$ и для ортофосфата $a = 3$.
$n(P_{2}O_{5}) : n(Me_{x}O_{y}) = \frac{m(P_{2}O_{5})}{m(P_{2}O_{5})} : \frac{m(Me_{x}O_{y})}{M(Me_{x}O_{y})} = 1 : a$,
откуда $M(Me_{x}O_{y}) = M(P_{2}O_{5}) \frac{m(Me_{x}O_{y})}{m(P_{2}O_{5})} \frac{1}{a}$.
Из данных условия задачи:
$\frac{m(Me_{x}O_{y})}{m(P_{2}O_{5})} = \frac{36,22 г}{100 г \cdot 36,22 г} = 0,5679$,
и теперь
$M(Me_{x}O_{y}) = M(P_{2}O_{5}) \cdot 0,5679 \cdot \frac{1}{a} = \frac{80,61}{a} г/моль$.
Заполним таблицу для $a = 1, 2, 3$:
$\begin{matrix} a & 1 & 2 & 3 \\ M(Me_{x}O_{y}), \: г/моль & 80,6 & 40,3 & 26,9 \end{matrix}$
Перебирая для каждого случая варианты формулы соединения ($Me_{2}O$ и $MeO$), находим: неизвестный металл - магний. В результате разложения получился дифосфат, поэтому формула ми-
нерала: $MgNH_{4}PO_{4} \cdot nH_{2}O$.
$2MgNH_{4}PO_{4} \cdot nH_{2}O = Mg_{2}P_{2}O_{7} + 2NH_{3} \uparrow + 2nH_{2}O \uparrow$.
Потеря массы происходит за счет аммиака и паров воды, из каждых 100 г струвита остается 100 - 54,66 = 45,34 г дифосфата магния. Определим молярную массу исходной соли из пропорции:
100 г соли дают 45,34 г дифосфата магния,
$2x$ г соли дают 222,6 г дифосфата магния,
откуда $x = 245,5 г/моль$.
$n = \frac{245,5 г - 137,3 г}{18 г} = 6$.
Формула струвита: $MgNH_{4}PO_{4} \cdot 6H_{2}O$.
2) Термическое разложение магний аммоний фосфата используют в аналитической химии при гравиметрическом определении фосфора: $Mg_{2}P_{2}O_{7}$ - весовая форма.