Тут следует отметить два момента. Первый состоит в том, что глина обладает очень низкой теплопроводностью и жидкость в глиняной посуде долго сохраняет первоначальную температуру, особенно если кувшин закрыть сверху. Но не это самое интересное. Гораздо забавнее эффект охлаждения жидкости, который наблюдается при нагреве кувшина солнцем. Как это работает? Глина материал пористый и все эти мелкие поры заполняются тонкими прослойками воды. При нагреве стенок нагревается в первую очередь вода в этих порах и начинает быстрее испаряться. Но испарение возможно только при поглощении энергии, которую в виде тепла этот процесс отнимает не только от теплых стенок кувшина, но и от жидкости в кувшине, потому что для испарения 1 грамма воды энергии требуется в несколько раз больше, чем для его нагрева. В результате вода в кувшине охлаждается.
Массовая концентрация определяется как w = mв / (mв + mр) , где mв - масса вещества, mр - масса растворителя. Находим массу H3PO4 в растворе 0,25 = mв/450, mв = 112,5г, отсюда масса воды в нашем растворе 450-112,5=337,5г. Запишем уравнение реакции образования ортофосфорной кислоты: P2O5 + 3 H2O = 2 H3PO4. При образовании кислоты также расходуется вода. Молярная масса воды М (Н2О) = 18г/моль, М (H3PO4) = 98г/моль. Таким образом при реакции 1г воды образуется 3,63г кислоты (см. уравнение) . Теперь можно записать уравнение для получения новой концентрации: w1 = (mв+х) / [(mв+х) + (mр-у)] , где w1 - новая концентрация (0,5), х - масса кислоты, которую нужно прибавить к существующему раствору, у - количество воды, которое расходуется при этом. Но кислоты образуется в 3,63 раза больше (по массе) , чем расходуется воды т. е. х = 3,63у. Поэтому можно записать: w1 = (mв+3,63у) / [(mв+3,63у) + (mр-у)] , отсюда находим у = [w1*(mв + mр) - mв] /(3.63 - 2.63*w1), у = 48,596г (воды расходуется) , соответственно 337,5-48,596=288,9г воды осталось в растворе. Масса кислоты, образовавшаяся при этом 3,63 * 48,596 = 176,4г. Проверка: mв = 176,4 + 112,5 = 288,9г, mр = 288,9г, новая концентрация: w1 = 288,9/(288,9+288,9) = 0,5. Определим необходимое количество оксида фосфора для образования кислоты. Мы уже знаем, что требуется 48,596г воды для реакции. Отсюда не трудно определить массу оксида (см. уравнение) . Молярная масса его М (P2O5) = 2*30,9 + 5*16 = 141,8г/моль. Таким образом при реакции 1 моль (141,8г) оксида расходуется 3 моль (54г) воды а при реакции х г оксида расходуется 48,596г воды. х = 127,6г оксида прореагирует. Требуется 127,6г оксида фосфора. Реакция окисления фосфора: 4Р + 5О2 = 2Р2О5. Молярная масса фосфора М (Р) = 30,9г/моль. Таким образом для того, чтобы образовалось 2 моль (283,6г) оксида требуется 4 моль (123,6г) фосфора, а для образования 127,6г оксида - х. Находим х = 55,6г фосфора нужно сжечь.
