Schwerpunktforum: pH-Wert und Gleichgewichtsberechnungen
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Alt 11.02.2018, 22:39   #1   Druckbare Version zeigen
Clout  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 6
Schwache Säure mit starker Säure mischen -> ph-Wert

Hey Leute, bräuchte Hilfe bei einer Aufgabe.

a)
In einem Becherglas befinden sich 50 ml Wasserstoffsulfid-Lösung mit einer Konzentration von
c(H2S) = 0,05 mol/L. Berechnen Sie den pH-Wert der Lösung.
Angaben: pKs(H2S/HS)= 6,92

Also hier handelt es sich um eine schwache Säure:

ph = 0,5*(6,92-log(0,05)) = 4,11


b) Man gibt anschließend 10 ml Schwefelsäure (pKs = -1,74) mit der Konzentration
c = 0,05 mol/L hinzu.
Welcher pH-Wert stellt sich ein?

Hier haben wir nun eine starke Säure. Ich finde in meiner HS Literatur keine Vorgehensweise wie man den ph-Wert berechnet wenn zu einer schwachen Säure eine starke Säure hinzugefügt wird.
Wäre echt cool wenn ihr mir helfen könntet.
Clout ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 12.02.2018, 01:46   #2   Druckbare Version zeigen
magician4 Männlich
Mitglied
Beiträge: 6.920
AW: Schwache Säure mit starker Säure mischen -> ph-Wert

Zitat:
ph = 0,5*(6,92-log(0,05)) = 4,11
soweit, so korrekt

zum teil (b)
vorbemerkung: schwefelsaeure ist eine zweiprotonige saeure mit den pKs - werten pKs1 = -3 und pKs2 = 1,9
{\to} die angabe der original-aufgabenstellung ist daher falsch und unvollstaendig, und wuerde naeherungsweise eher zu beispw. salpetersaeure o.ae. passen (pKs - 1,37)

ansonsten:
echte berechnungen "stark neben schwach" sind moeglich, aber aufwendig ( ladungsbilanz-rechnungen usw.), und erforden stets das loesen hoeherpotenziger gleichungen in [H+]. dies ist aber mutmasslich hier nicht gefordert.

daher ist anfangs fast immer gefragt eine geschickte naeherung zu benutzen

die hier geforderten naeherungen scheinen mir zu sein*)

- schwefelsaeure ist in der ersten stufe eine starke saeure, und daher als naeherungsweise zunaechst vollstaendig einfach dissoziiert zu behandeln

- die zweite dissoziationsstufe der schwefelsaeure ist mittelstark, und soll scheinbar in der (aus der ersten stufe selbstgenerierten) H+ - matrix vernaechlaessigt werden

- erst recht ist der beitrag der beiden stufen des H2S zu vernachlaessigen


folgt man einem solchen vorgehen, so ist naeherungsweise der pH einer c0 = 5*10-4 mol/ 60 mL {_\approx} 8,33 mM starken saeure zu betrachten, welche als einwertig zu behandeln sein soll

{\to} pH {_\approx} 2,08

gruss

Ingo


*)
ich halte hier insbes. die im zweiten spiegelstrich getroffene annahme fuer ausgesprochen diskutabel: mit einem pKs2 von 1,9 ist aus der zweiten stufe bei pH = 2,08 bereits ein alpha von > 50% zu erwarten, mit entsprechenden konsequenzen (fuer einen niedrigeren pH-wert: eine genauere rechnung sollte einen pH um und bei ca. 1,9 ergeben)
magician4 ist offline   Mit Zitat antworten
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Alt 12.02.2018, 18:45   #3   Druckbare Version zeigen
Clout  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 6
AW: Schwache Säure mit starker Säure mischen -> ph-Wert

Alles klar vielen Dank für die ausführliche Erklärung. Werde mich mal weiter reinfuchsen
Clout ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 12.02.2018, 20:52   #4   Druckbare Version zeigen
magician4 Männlich
Mitglied
Beiträge: 6.920
AW: Schwache Säure mit starker Säure mischen -> ph-Wert

in ergaenzung:


naechst-bessere naeherung waere:

ansatz ueber MWG(II) der schwefelsaure mit gut-naeherungsweiser vernachlaessigung des beitrags der H2S , sowie unterstellt gut-naeherungsweiser voll-deprotonierung der 1. stufe der schwefelsaeure:

{K_S(II) \ = \ \frac {[SO_4^{2-}] \ * \ [H^+]_{ges.} }{[HSO_4^-]} \ \approx \ \frac {[H^+]_{(2. diss-stufe)} \ * \ \left( [H^+]_{2. diss-stufe} \ +  \ [H^+]_{1. diss-stufe} \right)}{[HSO_4^-]} \ }

{ \ \approx  \ \frac {[H^+]_{(2. diss-stufe)} \ * \ \left( [H^+]_{2. diss-stufe} \ +  \ c_0(H_2SO_4) \right)}{c_0(H_2SO_4) \ - \ [H^+]_{2. diss-stufe}}}

mit c0(H2SO4) = 8,33 mM , pKs(II) = 1,9 ergibt sich aus dem loesen der resultierenden quadratischen gleichung als chemisch relevant:

[H+]2.diss-stufe {_\approx} 4.18 * 10-3 M (entspr. {\alpha \ _\approx} 50,18%)

[H+]ges. {_\approx} 1,251 * 10-2 M : pH {_\approx} 1,90



weitere verfeinerungen, also z.b. das einbeziehen des Ks(I) der schwefelsaeure oder der beiden pKs des H2S usw. bringen keine relevanten*) ergebnisverbesserungen mehr


gruss

Ingo


*)
meiner auffassung nach: veraenderung des berechnungsergebnisses in der 2. nachkommastelle oder gar relevanter
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