Schwerpunktforum: pH-Wert und Gleichgewichtsberechnungen
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Alt 26.03.2018, 17:53   #1   Druckbare Version zeigen
Avlord Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 3
Berechnung von Konzentrationen am ÄP

Hallo liebe Community.

Mittlerweile verzweifle ich an der Berechnung von H3O+ - und OH- - Ionen bei Titrationen und dergleichen.

Einfach mal ein Beispiel (kleine Info: ich arbeite momentan mit den STARK Büchern der Chemie Abiture 2010 und verstehe deren Lösungswege irgendwie nicht):

In der Aufgabe ist eine Calciumhydroxid-Lösung mit jeweils Wasser (1), und Natronlaugen-Lösungen (2,3,4) mit verschiedenen Konzentrationen gelöst.
Nun wird nach 24h 20ml davon jeweils abgefiltert und mit Salzsäure (c=0,1 mol/l) biz zur Entfarbüng des Indikators Phenolphthalein titriert.

Berechnen soll ich nun von den einzelnen Lösungen folgende Werte:
cgesamt(OH-) in mol/l
cAnteil des NaOH(OH-) in mol/l
cAnteil des Ca(OH)2(OH-) in mol/l
c(CA+) in mol/l
und KL(Löslichkeitsprodukt) in mol3/l3

Soweit, so gut.
Gegeben habe ich bei der Lösung mit Wasser nun:
VBis zum erreichen des ÄP(HCl)= 9,5 ml was 0,0095 l sind.
V(Ca(OH)2)= 20 ml was 0,02 l sind.

Nun komme ich zu meiner Frage:
Da ich nun nicht sofort wissen kann, ob das Ca(OH)2 eine starke Base ist, gehe ich am ÄP davon aus, dass n(Säure;HCl)=n(Base;Ca(OH)2) ist. Das wird mir auch von beispielsweise meinem Lehrer, Wikipedia und Co. auch bestätigt.
Nun rechne ich so:
n(HCl)=n(Ca(OH)2)
HCl ist nach meinem Wissen eine starke Säure, also:
n(HCl)=n(H3O+)
Allgemein gilt: c=n/V
Umgeformt:
n(H3O+)=c0(HCl)*V(HCl)
n(H3O+)=0,1 mol/l * 0,0095 l = 0,00095 mol
c(H3O+)=n(H3O+)/ [V(HCl)+V(Ca(OH)2); da das Volumen der Lösung am ÄP ja eine Mischung aus den beiden zusammengegebenen Lösungen ist.]= 0,0322 mol/l
Daraus berechne ich den pH-Wert= 1,492, daraus den pOH-Wert= 12,507 und daraus c(OH-)= 10-12,507 mol/l bzw. 3,112*10-13 mol/l.

Laut den STARK Autoren ist mein Lösungsweg allerdings kontinuierlich falsch.
Laut denen gilt am ÄP immer, egal ob nun schwache oder starke Base/Säure titriert wird: n(H3O+)= n(OH-).

Die stellen das ganze dann um:
c(OH-)*V(OH-)=c(H3O+)*V(H3O+)
Und formen dann weiter um bis:
c(OH-)=[c(H3O+)* V(H3O+)] / V(OH-)
eingesetzt:
c(OH-)= [0,1 mol/l * 9,5 ml] / 20 ml
Und kommen damit auf 0,0475 mol/l

Mache ich nun irgendwas falsch oder habe ich einen Denkfehler,denn irgendwie interessieren die weder die Einheiten (ml/ml sind kein l) noch der Fakt, dass sie nicht wissen, ob n(Ca(OH)2)= n(OH-) ist da es ja keine Info über den KB-Wert gab.

Geändert von Avlord (26.03.2018 um 17:59 Uhr)
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Alt 26.03.2018, 18:23   #2   Druckbare Version zeigen
Gustavus Männlich
Mitglied
Beiträge: 877
AW: Berechnung von Konzentrationen am ÄP

Zitat:
Zitat von Avlord Beitrag anzeigen
n(H3O+)=c0(HCl)*V(HCl)
n(H3O+)=0,1 mol/l * 0,0095 l = 0,00095 mol
c(H3O+)=n(H3O+)/ [V(HCl)+V(Ca(OH)2); da das Volumen der Lösung am ÄP ja eine Mischung aus den beiden zusammengegebenen Lösungen ist.]= 0,0322 mol/l
Daraus berechne ich den pH-Wert= 1,492, daraus den pOH-Wert= 12,507 und daraus c(OH-)= 10-12,507 mol/l bzw. 3,112*10-13 mol/l.
Also da hast du schon einen Denkfehler eingebaut. Die mit der Salzsäure zugefügten H3O+ reagieren doch mit den vorhandenen OH- zu Wasser. Entprechend liegen am ÄP mitnichten 0,00095 mol H3O+ und pH=1,4 vor.
Um die Konzentration an OH- zu Anfang zu berechnen musst du nur die Stoffmenge OH- kennen (die entpricht der Stoffmenge HCl bis zum ÄP, weil eben H3O+ 1:1 mit OH- zu Wasser reagiert) und durch das Anfangsvolumen teilen.
Was die Einheiten angeht: ml/ml ist 1 und mol/l bleibt dann übrig
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Alt 27.03.2018, 16:20   #3   Druckbare Version zeigen
Avlord Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 3
AW: Berechnung von Konzentrationen am ÄP

Zitat:
Um die Konzentration an OH- zu Anfang zu berechnen musst du nur die Stoffmenge OH- kennen (die entpricht der Stoffmenge HCl bis zum ÄP, weil eben H3O+ 1:1 mit OH- zu Wasser reagiert) und durch das Anfangsvolumen teilen.
Ich glaube das beantwortet leider nicht meine Frage...
Das H3O+ + OH- = 2H2O so miteinander reagieren ist mir schon bewusst. Daraus ergibt sich ja auch die Gleichgewichtskonstante des Wassers pKw = 14.

Gefragt ist ja allerdings die Konzentration der OH- - Ionen.
Nun kann ich ja von den mir gegebenen Informationen her nicht wissen, ob Ca(OH)2 nun eine starke Base ist und damit n(Ca(OH)2) = n(OH-) gilt, oder ob durch die 2 Hydroxylgruppen es sich nicht um eine schwache Base handelt, die 2 HÄP haben könnte.
Ich kann also nicht davon ausgehen, dass am ÄP n(H3O+) = n(OH-) gilt.
Daher rechne ich ja mit n(Säure) = n(Base) am ÄP, um überhaupt erstmal einen pH-Wert herrauszubekommen, um damit die mir unbekannte Stoffmenge an n(OH-) zu bestimmen.
Auch ergibt sich ja nicht, dass der ÄP = NP ist.

Oder ich habe dich nicht richtig verstanden
Dann würde ich dich bitten mir das nochmal ausführlich zu erklären.

Geändert von Avlord (27.03.2018 um 16:48 Uhr)
Avlord ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 27.03.2018, 18:03   #4   Druckbare Version zeigen
Gustavus Männlich
Mitglied
Beiträge: 877
AW: Berechnung von Konzentrationen am ÄP

Zitat:
Zitat von Avlord Beitrag anzeigen
Das H3O+ + OH- = 2H2O so miteinander reagieren ist mir schon bewusst.
Wenn dir bewusst ist, dass die zugefügten H3O+ zu Wasser wegreagieren, warum gehst du dann in deiner Rechnung davon aus, dass am ÄP noch 0,95 mmol H30+ in den 29,5 ml Lösung vorhanden sind und berechnest daraus c(H3O+)=0,0322 mol/l?

Andere Frage: bei der Titration von Ca(OH)2 mit HCl liegt am ÄP eine Lösung von CaCl2 vor. Wie ist der pH-Wert einer wässrigen Lösung dieses Salzes?

Und noch ein Hinweis: wenn ich die Aufgabe richtig verstehe, ist doch nach der Konzentration von OH- in der Anfangslösung gefragt (oder was bedeutet cgesamt(OH-) in mol/l?). Die OH-Konzentration am ÄP ist für die Beantwortung der Frage unerheblich.
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Alt 28.03.2018, 13:37   #5   Druckbare Version zeigen
magician4 Männlich
Mitglied
Beiträge: 6.990
AW: Berechnung von Konzentrationen am ÄP

in ergaenzung:

Zitat:
In der Aufgabe ist eine Calciumhydroxid-Lösung mit jeweils Wasser (1), und Natronlaugen-Lösungen (2,3,4) mit verschiedenen Konzentrationen gelöst.
Nun wird nach 24h 20ml davon jeweils abgefiltert (...)
(wenn ich aus den mageren worten das ganze korrekt mir vorstelle {\to} bitte einmal den vollstaendigen original-aufgabentext posten!):

bereits dieses vorgehen ist ausgesprochen unsinnig, wenn man damit das Lp von Ca(OH)2 zu bestimmen wuenscht: calciumhydroxid ist naemlich nicht nur ein ausschliesslich nach dem schema "Ca(OH)2 {\to} Ca2+ + 2 OH- " reagierender stoff, sondern es bildet sich nahe der saettigung in relevanten anteilen auch [Ca(H2O)5(OH)]+(aq.) und [Ca(H2O)4(OH)2](aq.)
...weshalb dann die naiv nach obigem schema aus dem Lp berechneten loeslichkeiten auch immer so drastisch von der tatsaechlichen loeslichkeit des calciumhydroxids abweichen.*)

des weiteren, ein kardinalfehler (i.e. unabgaengig von dem kern der an sich schon dubiosen aufgabenstellung):
Zitat:
(...) gehe ich am ÄP davon aus, dass n(Säure;HCl)=n(Base;Ca(OH)2) ist. Das wird mir auch von beispielsweise meinem Lehrer, Wikipedia und Co. auch bestätigt.
Nun rechne ich so:
n(HCl)=n(Ca(OH)2)
dem ist nicht so: HCl ist einwertig (-e saeure), Ca(OH)2 ist zweiwertig (-e base), daher:
2 n (HCl) = n ( Ca(OH)2 )
(wenn man es ausschliesslich mit calciumhydroxid, HCl zu tun haette, was man jedoch nicht hat: da ist dann ja ggf. auch noch zusaetzlich NaOH mit im spiel, was die zusammenhaenge verkompliziert)

(dass dein lehrer dir dies jedoch angeblich so bestaetigt waere ein ziemlicher hammer, dass Wiki das so bringen soll erscheint mir extrem unwahrscheilich {\to} bitte einmal konkrete fundstelle {\to} notfalls korrigier ich das dann persoenlich dortselbst)

hingegen ( wenn du mit phenolphtalein, also einem ~ "neutralindikator" titrierst):
n0(HCl)= n (OH-)
(das verhaeltnis zwischen HCl-null und Ca(OH)2-null ist hingegen komplizierter, s.u.)


ansonsten, was du eigentlich tun sollst:

der ansatz fordert folgende (falsche: s. fussnote) initialueberlegung:

- du hast zunaechst eine (gesettigte?) Ca(OH)2-loesung
- der setzt du NaOH zu
- die hydroxid-ionen der NaOH werden dazu fuehren, dass das Lp des Ca(OH)2 ueberschritten wird und du eine (partielle) ausfaellung von Ca(OH)2 bekommst ( die du sodann 24 h absetzen laesst und danach separierst + hernach auf rest-OH- titrierst)

laesst man die diskutierte problematik ausser acht, so gilt sodann naeherungsweise:

(vorgelagert):
n0(Ca(OH)2) {\to} n0(Ca2+) + 2 n0(OH-)

(beim zusammenkippen) :

n0(Ca2+) + n(NaOH)(OH-) + 2 n0(OH-) {\to} n(rest)(Ca2+) + (2 n0 + n(NaOH) - 2 n( gef. Ca(OH)2))(OH-) + ngef.(Ca(OH)2) ({\downarrow})

...womit die dann das framework fuer eine berechnung der gesuchten formalgroessen gegeben waere (naeheres auf wunsch sobald die vollstaendige aufgabenstellung nachgereicht wurde)


gruss

Ingo

*)
naeheres beispw. hier
magician4 ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 28.03.2018, 17:10   #6   Druckbare Version zeigen
Avlord Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 3
AW: Berechnung von Konzentrationen am ÄP

Zitat:
bitte einmal den vollstaendigen original-aufgabentext posten!
Aufgabenstellung 1.2 aus dem Chemieabitur EA-2010-Aufgabe 1
1.2
Beschreiben sie die experimentelle Durchführung und Auswertung einer Säure-Base-Titration. Ermitteln sie unter Angabe ihres Lösungsweges die fehlenden Werte in der Tabelle (M2).
Hinweis: Abweichungen von dem in der Formelsammlung angegebenen Zahlenwert für KL müssen sie nicht diskutieren.

Material 2:
Löslichkeitsprodukt von Calciumhydroxid
Zur Bestimmung des Löslichkeitsproduktes von Calciumhydroxid wurden gesättigte Lösungen von Calciumhydroxid in Wasser und in Natronlaugen der Konzentrationen 0,025 mol/l, 0,05 mol/l und 0,1 mol/l hergestellt.
Etwa 24 Stunden nach dem Ansetzen wurden diese Lösungen filtriert und je 20 ml davon mit Salzsäure der Konzentration c = 0,1 mol/l nach Zugabe von Phenolphthalein bis zur Entfärbung titriert.
Die Messwerte zum Verbrauch an Salzsäure sind nachfolgend angegeben:
(Nachfolgend kommt jetzt eine Tabelle, welche ich versuche bestmöglichst nachzuahmen ohne...naja, Tabelle)
Ca(OH)2 gelöst in...
H2O | NaOH(aq)(0,025mol/l) | NaOH(aq)(0,05mol/l) | NaOH(aq)(0,01mol/l)
V(HCl(aq)) ml| 9,5 | 11,6 | 14,2 | 21,8
(Verbrauch) |
_
c(OH-) in| | | |
mol/l (Gesamt)|
_
c1(OH-)| - | | |
(Anteil des NaOH) in mol/l|
_
c2(OH-)| | | |
(Anteil des Ca(OH)2) in mol/l|
_
c(CA2+) in mol/l| | | |
_
KL in mol3/l3| | | |


So, wie gewünscht, sind das alle Infos, die ich besitze.
Gestern ist mir dann noch aufgefallen, dass im Material aus der Aufgabenstellung 1.1 steht:
"Die älteste Methode, Calcium in das Aquariumwasser zu bringen, ist die Kalkwassermethode oder Calciumhydroxidmethode. Dazu wird in einem Gefäß 1 Esslöffel Calciumhydroxid mit ca. 10 Litern weichem Wasser[...] aufgefüllt und gut geschüttelt.(...Infos dazu, dass sich etwas absetzt...) Da der pH-Wert von frisch angesetztem Kalkwasser bei ca. 12,5 liegt, also stark ätzend ist, muss bei dem Umgang mit dieser Chemikalie aufgepasst werden.(... weitere Infos über Vorteile von Kalkwasser in Verbindung mit Aquarien...)."
Soll ich mir davon ableiten können, dass Calciumhydroxid eine starke Base ist?
Denn mir geht es ja nur darum, dass ich nicht weiß, wie ich zu einem n- oder c-Wert von OH- kommen soll.

Zitat:
dem ist nicht so: HCl ist einwertig (-e saeure), Ca(OH)2 ist zweiwertig (-e base), daher:
2 n (HCl) = n ( Ca(OH)2 )
genau deswegen frage ich mich ja, wie man von n(H3
O+)=n(OH-) ausgehen kann.
Es ist ja, für mich, nicht ausreichend bewiesen.

Zitat:
( wenn du mit phenolphtalein, also einem ~ "neutralindikator" titrierst):
n0(HCl)= n (OH-)
Das Phenolphthalein ein Neutralindikator ist, wusste ich nicht. Mir war nur bekannt, dass er bei ca. einem pH-Wert von 8,2 erst komplett entfärbt ist und danach bis zum pH-Wert von 0 klar bleibt. Dann wäre ja immernoch nicht der Neutralpunkt erreicht ( mit 100%er Sicherheit).

Würde mich aber interessieren, ob
Zitat:
n0(HCl)= n (OH-)
immer bei einer starken Säure bei Phenolphthalein gilt, oder ob da allgemein erst ein paar Vorraussetzungen erfüllt werden müssen.
Avlord ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 29.03.2018, 16:11   #7   Druckbare Version zeigen
xJonasx99 Männlich
Mitglied
Beiträge: 8
AW: Berechnung von Konzentrationen am ÄP

Hätte ich jetzt so gelöst (Bsp. für die ersten beiden Versuche):

1. gelöst in Wasser

{c(OH^-)_{ges}=\frac{n(OH^-)}{V}=\frac{c_0(HCl) \cdot V(HCl)}{V}=\frac{0,1 \ M \cdot 9,5 \ ml}{20 \ ml}=0,0475 \ M}

{c(Ca^2+)=0,5 \cdot c(OH^-)_{ges}=0,0238 \ M }
{K_L=c(Ca^{2+}) \cdot c^2(OH^-)_{ges}=5,35 \cdot 10^{-5} \ M^3 \quad (pK_L=4,27)}

2. gelöst in 0,025 M NaOH:

{c(OH^-)_{ges}=\frac{0,1 \ M \cdot 11,6 \ ml}{20 \ ml}=0,058 \ M}

{c_1(OH^-)=0,025 \ M \rightarrow c_2(OH^-)=c(OH^-)_{ges} - c_1(OH^-) = 0,033 \ M}

{c(Ca^2+)=0,5 \cdot c_2(OH^-)=0,0165 \ M }
{K_L=c(Ca^{2+}) \cdot c^2(OH^-)_{ges}=5,55 \cdot 10^{-5} \ M^3 \quad (pK_L=4,26)}
xJonasx99 ist offline   Mit Zitat antworten
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äquivalenzpunkt, berechnung, gleichgewicht, konzentration, oh- konzentration

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