Schwerpunktforum: pH-Wert und Gleichgewichtsberechnungen
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Alt 05.11.2013, 13:42   #1   Druckbare Version zeigen
Chemie_Al Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 13
ph Wert - Puffer berechnen

Habe ein Problem mit folgendem Beispiel


Es werden 60g Essigsäure in 500ml gelöst, bestimmen sie den Ph wert.
Aus dieser Lösung soll ein Puffer mit pH=4,7 hergestellt werden, welchen Stoff sollte man nehmen und welche Menge (in g) ?

habe es schon mehrmals gerechnet...glaube aber nicht, dass ich richtig liege. Habe als Stoff NaOH gewählt? würde das passen?
und muss man beim Puffer die Stoffmengenkonzentration (c) verwenden oder reicht es die Stoffmenge (n) anzugeben.

mfg
Chemie_Al ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 05.11.2013, 14:11   #2   Druckbare Version zeigen
Cyrion Männlich
Mitglied
Beiträge: 5.430
AW: ph Wert - Puffer berechnen

NaOH ist schonmal gar nicht so schlecht.

Was für eine Gleichung würdest Du denn nehmen? Immerhin bestimmt die verwendete Gleichung, was man einsetzt.
__________________
Philippus Theophrastus Aureolus Bombastus von Hohenheim: Allein die Dosis machts, daß ein Ding kein Gift sei.

Erfahrung: Wenn es so einfach wäre, hätte es schon längst jemand gemacht
Cyrion ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 05.11.2013, 14:39   #3   Druckbare Version zeigen
Chemie_Al Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 13
AW: ph Wert - Puffer berechnen

Ich hätte es so gerechnet...

erstmal die Molmasse von der Essigsäure damit ich auf die Stoffmenge komme

n=60/64 n=0,1mol

dann c

500 ml = 0,5l

c=0,1/0,5 c=0,2 - in die ph Formel(schwache Säuren) eingesetzt

ph=1/2*pks-(logc).....2,85 kommt bei mir raus

dann Puffergleichung

4,7=5-lg(c Säure/ c Salz(Base?)) (da bin ich mir jz nicht mehr sicher..hab mal für c Säure 0,2 eingesetzt...bei der Probe komm ich aber nicht auf 4.7)

c Salz...ist bei mir 0.3 .... aber eig. kann ich ja nur auf NaOH die Base kommen...also c NaOH...habe aber gelernt für die Formel bräuchte man dann NaAc
Chemie_Al ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 05.11.2013, 17:18   #4   Druckbare Version zeigen
jag Männlich
Mitglied
Beiträge: 18.035
AW: ph Wert - Puffer berechnen

Stoffmenge Essigsäure: n = m/M = 60g/60g/mol = 1mol in 500mL = 2mol/L.

pH = 1/2 (pK - log 2) = 2,35.

(Hinweis: Wenn man 60g Essigsäure in 500mL Wasser löst, sind das nicht 500mL. Der Einfachheit kann man aber so rechnen).

Wenn man NaOH (starke Base) einsetzt, reagiert diese mit der Essigsäure zu Natriumacetat - also die zu Essigsäure passende Base. Dann ist aber der log-Term in der Puffergleichung


4,7 = 5 + log (0 + x)/(2 - x)

Nach x auflösen.

Man kann auch zuerst das Verhältnis berechnen:

4,7 = 5 + log A-/HA
-0,3 = log A-/HA = 0,5 = 1/2

Dann ist die relative Stoffmenge 1 + 2; davon müssen 1/3 in das Acetat umgewandelt werden. Wenn die Gesamtstoffmenge 1mol ist, müssen davon 1/3 = 0,33mol in Acetat umgewandelt werden. Dazu benötigt man 0,33mol*40g/mol = 13,2g NaOH.

Gruß

jag
__________________
Die Lösung auf alle Fragen ist "42".
Aus gegebenem Anlass: Alle Rechnungen überprüfen, da keine Gewähr. - Fragen bitte im Forum stellen.

Geändert von jag (05.11.2013 um 17:46 Uhr) Grund: Fehlerhaft übernommene Werte aus dem Eingangsbeitrag korrigiert.
jag ist offline   Mit Zitat antworten
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Alt 05.11.2013, 17:41   #5   Druckbare Version zeigen
magician4 Männlich
Mitglied
Beiträge: 7.025
AW: ph Wert - Puffer berechnen

Zitat:
erstmal die Molmasse von der Essigsäure damit ich auf die Stoffmenge komme
n=60/64 n=0,1mol
strukturell gute idee, jedoch ...
..moechte ich spaeter nicht in deiner apotheke von dir angemischte medikamente einkaufen, wenn du derart grosszuegig dich verrechnest, vom ebenfalls grosszuegigen runden des scalars mal ganz abgesehen.

... mit, natuerlich , entsprechenden folgefehlern downstream: dein darauf (formal korrekt, aber: bitte setz naechstens bei der gezeigten formel ne klammer.. denn sonst, so wie es da steht, "punktrechnung vor strichrechnung" und so ...) berechneter pH liegt voellig im abseits

btw.: ihr nehmt fuer den pKs der essigsaeure 5 ? auch sehr grosszuegig...

Zitat:
und muss man beim Puffer die Stoffmengenkonzentration (c) verwenden oder reicht es die Stoffmenge (n) anzugeben.
(...)
dann Puffergleichung
im argument des logarithmus - darum geht ja bei deiner frage - steht ein bruch in dem sich die dimensionen wegkuerzen, und damit auch jede volumensabhaengkeit des ausdrucks.

es steht dir mithin frei, ob du in der stoffmengen - oder der konzentrationsdomaene argumentieren / rechnen magst.

da du aber eh stoffmengen bereits berechnet hattest, ist es bequemer, in der stoffmengendomaene zu bleiben

der grundgedanke zur loesung sieht sodann folgendermassen aus:
- um den puffer zu creieren, musst du einen teil der essigsaeure in acetat umwandeln: CH3COOH + OH- {\to} CH3COO- + H2O
diesen umgewandelten teil nennen wir "x" (und berechnen den spaeter)
... und diese umwandlung geht natuerlich zu lasten deiner original-essigsaeure-stoffmenge: npuffer(essigsaeure) = n0(essigsaeure) - x .

im rahmen dieser umwandlung werden also unter der einwirkung von x mol NaOH aus x mol essigsaeure x mol acetat, und wir koennen scheiben:

{pH \ = \ pK_s \ + \ log_{10} \left( \frac {x}{n_0(CH_3COOH) \ - \ x} \right)}

term nach x aufloesen , werte einsetzen, ausrechnen, und das so berechnete x dann in die geforderte NaOH protion rueckrechnen, fertig


gruss

Ingo

EDIT: Jag war wiedermal schneller , sorry fuers doppelt erklaeren
magician4 ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 16.02.2014, 14:47   #6   Druckbare Version zeigen
Panakeia weiblich 
Mitglied
Beiträge: 99
AW: ph Wert - Puffer berechnen

Zitat:
Zitat von jag Beitrag anzeigen
Stoffmenge Essigsäure: n = m/M = 60g/60g/mol = 1mol in 500mL = 2mol/L.

Wenn man NaOH (starke Base) einsetzt, reagiert diese mit der Essigsäure zu Natriumacetat - also die zu Essigsäure passende Base. Dann ist aber der log-Term in der Puffergleichung

4,7 = 5 + log (0 + x)/(2 - x)

Nach x auflösen.

Man kann auch zuerst das Verhältnis berechnen:

4,7 = 5 + log A-/HA
-0,3 = log A-/HA = 0,5 = 1/2

Dann ist die relative Stoffmenge 1 + 2; davon müssen 1/3 in das Acetat umgewandelt werden. Wenn die Gesamtstoffmenge 1mol ist, müssen davon 1/3 = 0,33mol in Acetat umgewandelt werden. Dazu benötigt man 0,33mol*40g/mol = 13,2g NaOH.

Gruß

jag

Hallo,

ich komme leider nicht auf das Ergebnis von jag. Bitte um Kontrolle von beiden Methoden, um etwaige Denkfehler von mir zu beseitigen. Vielen Dank!

Habe 5 als pKs für die Essigsäure verwendet. Konzentration der Säure ist 2mol/l.

1. Methode m.H von Henderson-Hasselbalch-Gleichung:
4,7=5-[log2-logBase]
0=log Base
Base=1

Essigsäure + NaOH --------> Na-Acetat
2mol/l.....+ 1mol/l --------> Na-Acetat
0..........+ 2-1=1mol/l

c(NaOH)=1mol/l
M(NaoH)=40g/mol
n=c*V = 1*0,5 = 0,5mol
m(NaOH)=0,5*40=20g

2. Methode m.H vom Verhältnis:
Differenzvon pKs und pH ist 0,3.
logx=0,3, also ist x=2

c(Essigsäure)= 2g/mol
n=2*0,5= 1mol
M(Essigsäure)= 60g/mol
m(Essogsäure)=60g

Der gewünschte pH ist saurer als der pKs also brauchen wir mehr Donator als Akzeptor: 2:1

2 Essigsäure (Donator) = 1 Essigsäure + 1 NaOH (Akzeptor)

3 Essigsäure....60g
1 NaOH.......x
60/3=20g
Man braucht 20g NaOH.

Geändert von Panakeia (16.02.2014 um 14:53 Uhr)
Panakeia ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 16.02.2014, 15:34   #7   Druckbare Version zeigen
Ryan21 Männlich
Mitglied
Beiträge: 3.049
AW: ph Wert - Puffer berechnen

Hallo,

du willst einen Puffer mit pH = 4,7 aus einer Essigsäure mit c=2 mol/l herstellen.
Du hast aber scheinbar nicht berücksichtigt, dass die Stoffmenge an Säure durch die Reaktion reduziert wird.


x ist hier die SToffmenge an Na-Acetat.

Zudem hast du beim Umformen der HH-GLeichung einen Fehler gemacht.
{4,7-5-log(2) = -0,6 \ne 0}

Deine 2te Methode kann ich nicht ganz nachvollziehen.

LG Ryan
Ryan21 ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 16.02.2014, 16:49   #8   Druckbare Version zeigen
Panakeia weiblich 
Mitglied
Beiträge: 99
AW: ph Wert - Puffer berechnen

Wieso ändert sich denn das Vorzeichen vom rechten logarithmus nicht, wenn man ihn nach link umformt?

-0,6=logSalz
Salz=0,25

Essigsäure + NaOH........Na-Acetat
c=1,75.....................c=0,25

ich weiß nicht, wie ich auf die Konzentration von NaOH kommen soll.

Wenn ich mit dem Wert n=0,33mol von jag mit c=n/V berechne, dann müsste c(NaOH)=0,66 sein, aber auch so kann ich nicht ableiten, wie ich c(naoh) bekomme. Aus dem Beitrag von Magician4 werde ich leider auch nicht schlauer.

Geändert von Panakeia (16.02.2014 um 16:58 Uhr)
Panakeia ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 16.02.2014, 18:49   #9   Druckbare Version zeigen
Panakeia weiblich 
Mitglied
Beiträge: 99
AW: ph Wert - Puffer berechnen

Ich krieg das Beispiel noch immer nicht hin -.-

Jedenfalls hab ich jetzt -log0,25 gerechnet. Dann kommt 0,6mol/l heraus (c von NaOH). Das mit 0,5l multipliziert ergibt 0,3mol. 0,3*molare Masse von NaOH(40g/mol) ergibt dann 12g.....

Allerdings war das nur eine Spielerei und ich verstehe es nicht. Wäre unheimlich dankbar für eine Erklärung des Beispiels.
Panakeia ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 16.02.2014, 19:10   #10   Druckbare Version zeigen
jag Männlich
Mitglied
Beiträge: 18.035
AW: ph Wert - Puffer berechnen

Ich kann das Problem nicht so ganz identifizieren, glaube aber, dass es an der falschen Rechnung mit Logarithmen liegt.

Dann ist die "2. Methode" einfacher:

Berechnen des Verhältnisses der Pufferkomponenten, hier:

- 0,3 = log A-/HA

Es folgt: Die Komponenten müssen im Verhältnis 1 zu 2 vorliegen. Wenn das Verhältnis der Stoffmengen 1 zu 2 sein soll, ist die gesamte Stoffmenge (relativ) 1 + 2 = 3. Dann muss 1/3 der Säure zu Acetat umgewandelt werden, da 1/3*3 = 1. Gleichzeitig müssen die Summen der Stoffmengen 1mol (für 0,5L) betragen: 1/3*3 + 2/3*3 = 1 (mol). Samit muss 1/3 der Säure mit 1/3mol NaOH zu Acetat umgewandelt werden.

Gruß

jag
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jag ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 16.02.2014, 19:36   #11   Druckbare Version zeigen
Panakeia weiblich 
Mitglied
Beiträge: 99
AW: ph Wert - Puffer berechnen

Könnte jemand vielleicht mir das Beispiel anhand der Henderson-Hasselbalch Gleichung vorrechnen?

Ich will gerne wissen, was ich nicht verstanden hab, denn anscheinend hab ich was beim Puffer nicht verstanden und das will ich ändern. Auf jeden Fall weiß ich nicht, wie man vom Salz auf die Base kommt....Ich komme durch die Gleichung leider nicht auf das gleiche Ergebnis von Methode 2.
Panakeia ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 16.02.2014, 20:30   #12   Druckbare Version zeigen
jag Männlich
Mitglied
Beiträge: 18.035
AW: ph Wert - Puffer berechnen

Salz einer Säure = Base.

Ausgangssituation: Es liegt eine Lösung einer Essigsäure mit 2mol/L vor.

Zielsituation: Es soll ein pH von 4,7 eingestellt werden.

Chemie des Problem: Mit Hilfe der starken Base NaOH wird die vorhandene Säure in die korrespondierende Base der Essigsäure umgewandelt. Diese Reaktion findet zu 100% statt: HAc + NaOH -> NaAc + H2O.

Ein Acetatpuffer mit pH 4,7 muss folgende Gleichung erfüllen (Puffergleichung):

4,7 = 5 + log Ac-/HA

Rechnen mit der Gleichung:

- 0,3 = log Ac-/HA
10-0,3 = Ac-/HA
0,5 = Ac-/HA

Es muss ein Verhältnis von 1 zu 2 eingestellt werden.

Wenn die Konzentration 2mol/L ist (das sind 1 Teil "zukünftige Base" und 2 Teile Essigsäure), müssen 1/1+2 Teile = 1/3 in Acetat umgewandelt werden. Da aber 2mol/L vorliegen, benötigt man 1/3*2 = 0,67mol Acetat. Diese Menge Acetat erhält man durch Umsetzung mit 0,67mol NaOH (= 0,67*4og/mol = 26,8g).

Kurze Überprüfung: 0,67/1,34 = 0,5. Das sind bezogen auf die Ausgangssituation von 0 zu 2: 0 + 0,67 zu 2 - 0,67.

Da man nur 500mL der Essigsäurelösung verwendet, benötigt man nut die Hälfte der Menge NaOH: 13,4g.

Gruß

jag
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jag ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 16.02.2014, 20:38   #13   Druckbare Version zeigen
Panakeia weiblich 
Mitglied
Beiträge: 99
AW: ph Wert - Puffer berechnen

Zitat:
Zitat von jag Beitrag anzeigen
Ich kann das Problem nicht so ganz identifizieren, glaube aber, dass es an der falschen Rechnung mit Logarithmen liegt.

Dann ist die "2. Methode" einfacher:

Berechnen des Verhältnisses der Pufferkomponenten, hier:

- 0,3 = log A-/HA

Es folgt: Die Komponenten müssen im Verhältnis 1 zu 2 vorliegen. Wenn das Verhältnis der Stoffmengen 1 zu 2 sein soll, ist die gesamte Stoffmenge (relativ) 1 + 2 = 3. Dann muss 1/3 der Säure zu Acetat umgewandelt werden, da 1/3*3 = 1. Gleichzeitig müssen die Summen der Stoffmengen 1mol (für 0,5L) betragen: 1/3*3 + 2/3*3 = 1 (mol). Samit muss 1/3 der Säure mit 1/3mol NaOH zu Acetat umgewandelt werden.

Gruß

jag
(Edit: vorheriges Posting #12 noch nicht durchgelesen, les ich mir jetzt durch)

Ich gebe es auf mit der "Methode 1", nur glaub ich, dass ich mit Methode 2 noch nicht so sicher bin, um auch andere Bsp der Art zu lösen. Nur mal als Bestätigung fürs Verständnis eine letzte Frage:

Das heißt jetzt, dass 1/3 mol Säure, 1/3 mol NaOH und 1/3 mol Acetat vorliegen?

Angenommen das Bsp ginge so:
5,2=5-log(Säure/Salz)
-0,2=
Verhältnis Säure/Salz=0,01, also 1:0,01

1mol=1,01 Teile
Sind das dann je 0,33mol Säure, Base und Salz?
Panakeia ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 16.02.2014, 20:44   #14   Druckbare Version zeigen
jag Männlich
Mitglied
Beiträge: 18.035
AW: ph Wert - Puffer berechnen

Zitat:
Zitat von Panakeia Beitrag anzeigen
Angenommen das Bsp ginge so:
5,2=5-log(Säure/Salz)
-0,2=
Verhältnis Säure/Salz=0,01, also 1:0,01

1mol=1,01 Teile
Sind das dann je 0,33mol Säure, Base und Salz?
Bitte dieses Beispiel nach Lesen meines letzten Beitrags einmal durchdenken und berechnen.

Gruß

jag
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jag ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 19.02.2014, 23:35   #15   Druckbare Version zeigen
Panakeia weiblich 
Mitglied
Beiträge: 99
AW: ph Wert - Puffer berechnen

Danke fürs Erklären und für die Geduld, jag. Ich muss leider nochmal nachbohren. Das Bsp ist bisher die für mich am schlechtesten nachvollziebare Pufferrechnung..

"Da aber 2mol/L vorliegen, benötigt man 1/3*2 = 0,67mol Acetat. Diese Menge Acetat erhält man durch Umsetzung mit 0,67mol NaOH (= 0,67*4og/mol = 26,8g)."

Wie kommt man den von mol/L zu mol Acetat? Ich verstehe da den Zusammenhang zwischen Base und dem Salz nicht und die Einheit...

Wenn man es 0,67mol/l nimmt, dann kommt man durch die c=n/V Formel zur Stoffmenge von NaOH n=0,336mol. Mal 40 ergibt dann die gesuchten 13,4g Natriumhydroxid.

Heißt es nun, dass man aus 60g Essigsäure und 13,4g NaOH 26,8g Acetat bekommt? Aber die 26,8g ist doch die Menge von NaOH pro Liter?
Wenn nein, wie viel Acetat entstehen bei der Umsetzung von 60g Essigsäure und 13,4g NaOH?
Oder setzt man 0,67mol Acetat in die Formel n=m/M ein, um die Masse zu bekommen?

Oooooder....Masse von NaOH = Masse von Acetat, weil Natriumhydroxid der limitierende Faktor ist? (Das macht bis zu meinem jetzigen Kenntnisstand am meisten Sinn). Wenn ja, gilt das dann immer? Limitierender Faktor der Puffergleichung = Menge an Salz

Der Kern der Frage....wie viel g Acetat entstehen bei dem Puffer? Auch 13,4?

Geändert von Panakeia (19.02.2014 um 23:48 Uhr)
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ph wert, puffer

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