Berechnen Sie die reine Kupferkonzentration in mg/L und mmol/L in jeder Versuchs- lösung (nicht die Cu-Konzentration der angesetzten Kupferlösungen)?

Aufgabe:

Berechnen Sie die reine Kupferkonzentration in mg/L und mmol/L in jeder Versuchs- lösung (nicht die Cu-Konzentration der angesetzten Kupferlösungen)

Problem/Ansatz:

Lösung Cu1: 5,00 % CuSO4∙5 H2O 

Lösung Cu2: 4,00 % CuSO4∙5 H2O 

Die anderen benötigten Lösungen werden aus diesen Stammlösungen durch Verdünnen mit destilliertem Wasser hergestellt. 

Lösung Cu3: 25 ml von Lösung Cu1 (5,00 %) auf 50 ml verdünnen um 2,50 % CuSO4∙5 H2O herzustellen 

Lösung Cu4: 12,5 ml von Lösung Cu2 (4,00 %) auf 50 ml verdünnen um 1,00 % CuSO4∙5 H2O herzustellen 

Lösung Cu5: 25 ml von Lösung Cu4 (1,00 %) auf 50 ml verdünnen um 0,50 % CuSO4∙5 H2O herzustellen 

Lösung Cu6: 25 ml von Lösung Cu5 (0,50 %) auf 50 ml verdünnen um 0,25 % CuSO4∙5 H2O herzustellen 

Um die Wirkung toxischer Stoffe auf die Atmungsaktivität zu ermitteln werden 500 ml belüfteter Belebtschlamm aus dem Schlammvorratsgefäß entnommen und in das Zehrungsgefäß überführt. Dies wird mithilfe eines Magnetrührstäbchen auf dem Magnetrührer gleichmäßig durchmischt. 10 ml der BB-Lösung werden mit einer Spritze entnommen und durch 10 ml der Peptonlösung P4 ersetzt. Anschließend wird die Sauerstoffelektrode eingehängt, das Gefäß luftdicht verschlossen und die Aufzeichnung der Messwerte gestartet. Die Messwerte werden alle 30 Sekunden über einen Zeitraum von 2 Minuten erfasst. 

Nachdem die Aufzeichnung beendet wurde werden 10 ml Belebtschlamm mit einer Spritze entnommen und durch 10 ml der Kupfersulfatlösung mit der geringsten Konzentration ersetzt. Die Aufzeichnung der Messwerte wird schnellstmöglich wieder gestartet und für weitere 5 Minuten fortgeführt. Danach wird der Belebtschlamm gesondert entsorgt. Die Geräte werden mit destilliertem Wasser gereinigt. 

Der Versuch wird mit den verbliebenen Kupfersulfat-Lösungen in steigender Konzentration wiederholt. 

M(CuSO4∙5 H2O) = 249,68 g/mol

M(Cu) = 63,546 g/mol

Anmerkung: 

Die zur Berechnung notwendigen Angaben finden Sie im Skript. Es werden keine weiteren Werte (z.B. Dichte) benötigt. 

Answer 1

[Picus48]

Beispiel Lösung Cu3:

Massenanteil w(CuSO₄ · 5 H₂O) = 0,025 (entsp. 2,5 %)

M(CuSO₄ · 5 H₂O) = 249,68 g/mol, M(Cu) = 63,546 g/mol

w(Cu) = M(Cu)/M(CuSO₄ · 5 H₂O) * 0,025 =63,546 g/mol/249,68 g/mol * 0,025

w(Cu) = 0,006363 ( entspr. 0,636 %)

Umrechnung auf die molare Konzentration c(Cu):

Ein Massenanteil von 0,6363 % ist gleichbedeutend mit 0,6363 g/100 g Lösung. Dann hat esi n der 10-fachen Menge von 1 kg dieser Lösung natürlich auch die 10-fache Masse an Kupfer.

w(Cu) = 6,363 g/kg. Da auf die Umrechnung mittels der Dichte verzichtet werden soll, kann man schreiben;

c = 6,36 3g/L = 6363 mg/L

Nun muss nur noch die Masse Cu in die Stoffmenge umgerechnet werden:

n(Cu) = m(Cu)/M(Cu)

n(Cu) = 6,363 g/(63,63 g/mol) = 0,1001 mol

c(Cu) ) = 0,1001 mol/L = 100,1 mmol/L

Oder auch im Kopf zu rechnen:

250 g CuSO₄ · 5 H₂O pro Liter sind 1 mol/L.

25 g/L sind 0,1 mol/L = 2,5 g/100 ml = 2,5 g/100 g = 2,5 %