Schwerpunktforum: pH-Wert und Gleichgewichtsberechnungen
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Alt 21.08.2018, 20:29   #1   Druckbare Version zeigen
MattCougar Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 7
pH-Wert einer Pufferlösung mit Magnesiumoxalat

Ich habe folgende Aufgabe, bei der ich nicht weiter komme:

Welchen pH-Wert muss eine Pufferlösung haben, um in einer Lösung, die sich im Gleichgewicht mit festem Magnesiumoxalat befindet, eine Mg2+-Konzentration von 3,0x10-2 M einzustellen?

Das Ergebnis wird angegeben mit: [OH-]=1,7x10-11 M; pH=3,22

Leider steht kein Lösungsweg dabei und meine bisherigen Überlegungen führen zu total anderen Werten.
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Alt 21.08.2018, 21:22   #2   Druckbare Version zeigen
Nobby Männlich
Mitglied
Beiträge: 15.244
AW: pH-Wert einer Pufferlösung mit Magnesiumoxalat

Vermutlich über das LP von Magnesiumoxalat die Oxalat Konzentration berechnen. Dann über die HH-Gleichung mit dem pKS- Wert von Oxalsäure den pH-Wert berechnen. Mich wundert, daß man bei einem sauren pH-Wert eine Hydroxidkonzentration angibt.
__________________
Vena lausa moris pax drux bis totis
Nobby ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 22.08.2018, 01:54   #3   Druckbare Version zeigen
magician4 Männlich
Mitglied
Beiträge: 7.268
AW: pH-Wert einer Pufferlösung mit Magnesiumoxalat

in ergaenzung:

obwohl Nobby den loesungsweg m.a.n. schon korrekt skizziert, scheint mir doch erwaehnenswert, dass der teil "Dann über die HH-Gleichung..." denn dann doch ueber die muehen der ebenen ein wenig hinwegtaeuscht:

- zunaechst muss man sich - nachdem ueber das KL in der tat die GG-konzentration an oxalat berechnet wurde - sodann berechnen, welche summenkonzentration "[HOOCCOO-] + [HOOCCOOH]" da noch verbleibt (differenz [Mg2+] - [C2O42-] )
{\to} glchng. (1)

- sodann aus den beiden MWG der oxalsaeure sich die restlichen beziehungen herleiten ( glchng. 2 , 3 )

...sodass man schlussendlich auf ein system aus drei unabhaengigen gleichungen mit drei variablen (pH, hydrogenoxalat, freie oxalsaeure) kommt, aus dem man sich dann endlich den pH zusammenfummeln kann

gruss

Ingo
magician4 ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 22.08.2018, 07:31   #4   Druckbare Version zeigen
MattCougar Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 7
AW: pH-Wert einer Pufferlösung mit Magnesiumoxalat

So war auch mein Lösungsansatz. Leider komme ich damit auf einen ganz anderen Wert. Ich werde meine Rechnung mal ausführlich posten. Eventuell sieht ja jemand, an welcher Stelle ich einen Denk- oder Rechenfehler mache.

1. Aus dem Löslichkeitsprodukt die Konzentration des Oxalations [C2O42-] berechnen.

Die Reaktionsgleichung ist:
MgC2O4(s) {\rightleftharpoons} Mg2+(aq) + C2O42-(aq)
=> KL= [Mg2+]x[C2O42-]
Mit KL= 8,6x10-5 und [Mg2+]= 3,0x10-2
erhalte ich [C2O42-]= 2,867x10-3

Stimmt das soweit?
MattCougar ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 22.08.2018, 09:14   #5   Druckbare Version zeigen
MattCougar Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 7
AW: pH-Wert einer Pufferlösung mit Magnesiumoxalat

Damit
Zitat:
Zitat von magician4 Beitrag anzeigen
- sodann aus den beiden MWG der oxalsaeure sich die restlichen beziehungen herleiten ( glchng. 2 , 3 )
sind wahrscheinlich diese beiden Gleichungen gemeint, oder?

{\mathrm{{HC_2 O_4}^{\tiny{-}} \, \rightleftharpoons \, H^{\tiny{+}} \, + \,{C_2 O_4}^{\tiny{2-}}}} mit {\mathrm{K_{\tiny{S2}} = 6,4 \cdot 10^{\tiny{-5}}}}, sowie

{\mathrm{{H_2C_2 O_4} \: \rightleftharpoons \, H^{\tiny{+}} \, + \,{HC_2 O_4}^{\tiny{-}}}} mit {\mathrm{K_{\tiny{S1}} = 5,9 \cdot 10^{\tiny{-2}}}}
MattCougar ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 22.08.2018, 13:03   #6   Druckbare Version zeigen
magician4 Männlich
Mitglied
Beiträge: 7.268
AW: pH-Wert einer Pufferlösung mit Magnesiumoxalat

zunaechst: das KL des Mg-oxalats ist relativ stark temperaturabhaengig. der von dir benutzte wert ist m.w.n. fuer 18°C einschlaegig (fuer 25°C waeren es hingegen nur noch 4,83 * 10-6 M² )
{\to} je nachdem welcher wert fuer die musterloesung herangezogen wurde, kann es da zu abweichungen kommen

ansonsten:
Zitat:
sind wahrscheinlich diese beiden Gleichungen gemeint, oder?
yep, genau jene gleichungen meinte ich
...wobei es dann relativ egal ist, ob du sie in der von dir oben gezeigten form ( "MWG-domaene", nicht logarithmiert) oder in form der HH-gleichung ( logarithmiert) benutzt


gruss

Ingo
magician4 ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 22.08.2018, 13:43   #7   Druckbare Version zeigen
magician4 Männlich
Mitglied
Beiträge: 7.268
AW: pH-Wert einer Pufferlösung mit Magnesiumoxalat

- entfaellt -
magician4 ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 22.08.2018, 14:34   #8   Druckbare Version zeigen
MattCougar Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 7
AW: pH-Wert einer Pufferlösung mit Magnesiumoxalat

Die Aufgabe stammt aus dem Buch Chemie: Die zentrale Wissenschaft aus dem Pearson-Verlag, bzw. aus dem Prüfungstraining zu der neueren Ausgabe davon, Chemie: Studieren Kompakt. Der Wert von KL ist aus dem Anhang des Buches und als Löslichkeitsprodukt bei 25°C angegeben.

Ich gehe mal davon aus, dass dieses Löslichkeitsprodukt dann auch verwendet werden muss, zumal die Aufgabe wortwörtlich so gestellt ist, wie ich sie oben geschrieben habe, also völlig unabhängig von der Temperatur.

Ich habe auch im amerikanischen Original nachgeschaut, ob es vielleicht irgendwo einen Fehler in der Übersetzung gegeben hat oder ob dort noch zusätzliche Informationen angegeben sind. Fehlanzeige, die Aufgabe lautet auch dort so wie oben geschrieben. Das Ergebnis, welches dort angegeben wird, ist auch identisch mit dem in der deutschen Ausgabe.
MattCougar ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 22.08.2018, 14:38   #9   Druckbare Version zeigen
Nobby Männlich
Mitglied
Beiträge: 15.244
AW: pH-Wert einer Pufferlösung mit Magnesiumoxalat

Was kommt denn raus, wenn man die Werte aus dem Buch verwendet. Fraglich ist immer noch die Hydroxidangabe. Spielt da Magnesiumhydroxid wohl auch noch mit oder das Ionenprodukt vom Wasser. Aber bei pH 3,22 sollte es doch die Oxalsäure oder eine andere Säure sein, die aus dem Oxalat Oxalsäure freisetzt.
__________________
Vena lausa moris pax drux bis totis
Nobby ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 22.08.2018, 15:14   #10   Druckbare Version zeigen
magician4 Männlich
Mitglied
Beiträge: 7.268
AW: pH-Wert einer Pufferlösung mit Magnesiumoxalat

@TES:
Zitat:
Die Aufgabe stammt aus dem Buch (...)
jagut, dann halt weiter (mir liegen halt andere quellen vor ...aber die quellenlage bei diesen daten ist halt notorisch unzuverlaessig): bei welchem pH hat eine c0= 3*10-2 M gesamt-oxalsaeurederivate dann [C2O42-]= 2,867x10-3 M , das allein is ja nun noch offen

wohlan!

@Nobby:
wenn man der musterloesung auch nur groessenordnungsmaessig glauben schenken darf, dann sollte sowohl Kw wie auch [Mg(H2O)5(OH)]+ irrelevant sein

gruss

Ingo
magician4 ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 22.08.2018, 15:18   #11   Druckbare Version zeigen
MattCougar Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 7
AW: pH-Wert einer Pufferlösung mit Magnesiumoxalat

Ich schreibe mal, was ich mir weiter so dazu gedacht habe:

Wenn ich von der ersten Protonierungsstufe des Oxalsäurepuffers ausgehe:
{\mathrm{{H_2C_2 O_4} \: \rightleftharpoons \, H^{\tiny{+}} \, + \,{HC_2 O_4}^{\tiny{-}}}} mit {\mathrm{K_{\tiny{S1}} = 5,9 \cdot 10^{\tiny{-2}}}},
erhalte ich am Ende der ersten Protonierungsstufe unabhängig von der Ausgangskonzentration der Oxalsäure einen Wert für die Konzentration von H+ und von Hydrogenoxalat C2O4-. Diese beiden Konzentrationen sollten gleich sein, also [H+] = [HC2O4-]

Diese beiden (eigentlich nur einer) Werte sind gleichzeitig die Ausgangswerte der zweiten Protonierungsstufe, der Ausgangswert der Konzentration von Oxalat ist null ([C2O42-] = 0).

{\mathrm{{HC_2 O_4}^{\tiny{-}} \, \rightleftharpoons \, H^{\tiny{+}} \, + \,{C_2 O_4}^{\tiny{2-}}}} mit {\mathrm{K_{\tiny{S2}} = 6,4 \cdot 10^{\tiny{-5}}}}

Am Ende der zweiten Protonierungsstufe sollten die Konzentrationen wie folgt sein:
[C2O42-] = 2,867x10-3
[HC2O4-] = Ausgangswert - 2,867x10-3
[H+] = Ausgangswert + 2,867x10-3

Es gilt: {\mathrm {K_{\tiny{S2}} = 6,4 \cdot 10^{\tiny{-5}} = \frac {[H^{\tiny{+}}]\cdot[{C_2 O_4}^{\tiny{2-}}]}{{[HC_2 O_4}^{\tiny{-}}]}}, bzw. {\mathrm {K_{\tiny{S2}} = 6,4 \cdot 10^{\tiny{-5}} = \frac {(Ausgangswert + 2,867 \cdot 10^{\tiny{-3}})\cdot 2,867 \cdot 10^{\tiny{-3}}}{{(Ausgangswert - 2,867 \cdot 10^{\tiny{-3}})}}

Leider erhalte ich dann für den Ausgangswert, also die H+-Konzentration vor der zweiten Protonierungsstufe einen negativen Wert, nämlich -2,997x10-3, was natürlich nicht möglich ist. Es ergibt sich dann für die H+-Konzentration am Ende der zweiten Protonierungsstufe immer noch ein negativer Wert von -1,309x10-4.

Wo habe ich hier den Denkfehler?
MattCougar ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 22.08.2018, 15:48   #12   Druckbare Version zeigen
magician4 Männlich
Mitglied
Beiträge: 7.268
AW: pH-Wert einer Pufferlösung mit Magnesiumoxalat

Zitat:
Wo habe ich hier den Denkfehler?
deine ganze logelei ueber abschnittsweise betrachtungen scheint mir irgendwie ... wenig zielfuehrend, und zudem voller aeusserst fragwuerdiger hilfsannahmen

{\to} der pH wird durch einen aeusseren puffer "erzwungen", NICHT durch oxalsaeure (die du im uebrigen ueberhaupt nicht am start hast: daher auch dein negatives endergebnis, wenn ichs grad recht ueberblicke) per dissoziation gebildet {\to} beispw. jede mutmassung "HOOCCOO- = [H+] " oder sowas kannste knicken

{\to} du kannst beispw. die MWG's benutzen, ja, musst aber auf die ueblichen aus der pH-rechnerei gewohnten gleichsetzungen von "H+ entsteht per dissoziation aus der saeure..." verzichten

was wir hingegen wissen ( also sinnvollerweise aussm aufgabentext entnehmen sollen, oder so aehnlich):

c0(C2O42-) = [Mg2+] (denn das ganze soll ja per 1:1 dissoziation aussm bodensatz gegen nen aeusseren puffer entstanden sein)

c(C2O42-) = 2,867x10-3 M
(ergibt sich, wie bereits korrekt gezeigt, aussm zu benutzenden KL fuer [Mg2+] = 3*10-2 M )

{\to} [HOOCCOO-] + [H2C2O4] = 3*10-2 M - 2,867 x 10-3 M = 2,7133 10-3 M
(denn die summe aller oxalsaeure-species-konzentrationen ist ja grad wieder c0(oxalat) )
( dies ist deine gleichung 1 )

{K_{S1} \ = \ \frac {[HOOCCOO^-] \ * \ [H^+]}{[H_2C_2O_4]}}

(dies ist deine gleichung 2)

{K_{S2} \ = \ \frac {[C_2O_4^{2-}] \ * \ [H^+]}{[HOOCCOO^-] } \ = \ \frac {2,867 \ * \ 10^{-3} \ M \  \ * \ [H^+]}{[HOOCCOO^-] }}

(dies ist deine gleichung 3)

{\to }

du hast also nunmehr drei simple gleichungen mit drei unbekannten (KS1 , KS2 und [C2O42-] sind ja bekannt) und kannst dir daher all diese groessen, also auch [H+] (und somit den pH ) bequem berechnen

wohlan!


gruss

Ingo
magician4 ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 22.08.2018, 18:06   #13   Druckbare Version zeigen
MattCougar Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 7
AW: pH-Wert einer Pufferlösung mit Magnesiumoxalat

Danke, jetzt erhalte ich auch pH=3,22 und was viel wichtiger ist, ich habe verstanden, warum.

Entscheidend war die erste Gleichung und der Hinweis dazu:

c0(C2O42-) = [Mg2+] (denn das ganze soll ja per 1:1 dissoziation aussm bodensatz gegen nen aeusseren puffer entstanden sein)

{{\to}} [HOOCCOO-] + [H2C2O4] = 3*10-2 M - 2,867 x 10-3 M = 2,7133 10-3 M
(denn die summe aller oxalsaeure-species-konzentrationen ist ja grad wieder c0(oxalat) )
( dies ist deine gleichung 1 )

Nochmal, vielen Dank für eure Mühe.

LG Mats
MattCougar ist offline   Mit Zitat antworten
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gleichgewicht, magnesiumoxalat, mg2+ konzentration, ph, pufferlösung

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