pH Wert Berechnung Säure - Base - Mischung?

Question

Hallo Community,Ich verstehe nicht wie man diese Aufgabe rechnen soll:Welchen pH- Wert hat eine Mischung aus 110 ml 0.1M Schwefelsäure und 100 ml 0.025 M Natronlauge? Runden Sie das Ergebnis auf drei signifikante Stellen.Wie geht man hier vor? Wie kann man bei Mischung aus Säure und Base den pH - Wert berechnen?Danke im Voraus!😄

TomRichter · Answer

110 ml 0.1M Schwefelsäure und 100 ml 0.025 M Natronlauge?

Wir brauchen nicht Konzentrationen, sondern Stoffmengen.

Wir haben 11 mMol H₂SO₄ und 2,5 mMol NaOH.

Jetzt kommt ein Schritt, den der Schüler eher nicht abschätzen kann, und den der Lehrer bei der Aufgabenstellung wohl übersehen hat:

Bei dem gesuchten (und erstmal auf 1 geschätzten) pH-Wert dissoziiert die Schwefelsäure nicht (bzw. nur zu 20%) zu 2 H⁺ und SO₄²⁻, sondern zu 1 H⁺ und HSO₄⁻

Nach der Reaktion (Neutralisation) bleiben daher 8,5 mMol H₂SO₄ und 2,5 mMol NaHSO₄. Die Volumina kannst Du als additiv betrachten und die Konzentration an Säure (ca. 0,04 mol/l) und Hydrogensulfat ausrechnen.

Jetzt kannst Du entweder (je nachdem, was Ihr gelernt habt) dies betrachten und berechnen als

Lösung der starken Säure H₂SO₄ und das HSO₄⁻ ignorieren
Puffermischung aus H₂SO₄ und HSO₄⁻

Der Unterschied ist nicht groß, eine Berechnung "drei signifikante Stellen" ergibt aber Unterschiede.

indiachinacook · Answer

eine Mischung aus 110 ml 0.1M Schwefelsäure und 100 ml 0.025 M Natronlauge

Das muß gerade en vogue sein — ein ganz ähnliches Beispiel ich habe es erst vor ein paar Stunden vollständig durchgerechnet:

Die Stoffmenge an Schwefelsäure ist n=cV=0.011 mol
 Die Stoffmenge an NaOH ist n=cV=0.0025 mol
 Das Ganze spielt sich in einem Gesamtvolumen von Vₜₒₜ=210 ml ab.

Wir haben mehr als viermal soviel H₂SO₄ als NaOH, also kann die Neutralisations­reaktion nur teilweise ablaufen:
H₂SO₄ + NaOH ⟶ NaHSO₄ + H₂O
Die 0.0025 mol NaOH können mit 0.0025 mol H₂SO₄ reagieren, daraus entstehen 0.0025 mol NaHSO₄, und 0.0085 mol H₂SO₄ bleiben übrig. Das alles spielt sich in 210 ml Volumen ab, also enthält die Lösung c(H₂SO₄)=c₁=n/V=0.0405 mol/l und c(NaHSO₄)=c₂=0.0119 mol/l.
In guter Näherung können wir annehmen, daß der pH-Wert von der H₂SO₄ allein be­stimmt wird, daß wir also das NaHSO₄ vernachlässigen können. H₂SO₄ ist eine starke Säure in erster Dissoziationsstufe und mittelstark (pKₐ=2) in der zweiten.

Wäre die Säure einbasig (gäbe es also keinen zweiten Dissoziationsschritt), dann könnte man den pH mit der Formel für starke Säuren berechnen: pH=−lg(c₁)=1.393
 Wenn wir den zweiten Dissoziationsschritt berücksichtigen wollen, dann müssen wir mit dem Massenwirkungsgesetz mit der Säurekonstante Kₐ=10¯ᵖᴷᵃ herum­rechnen und erhalten pH = −lg[ ½(c₁−Kₐ) + √(¼(c₁+Kₐ)²+Kₐc₁) ] = 1.323
 Dabei haben wir den Beitrag des Hydrogensulfats vernachlässigt; eine genaue Rechnung ergibt pH=1.307, eine ziemlich vernachlässigbare Korrektur.

Welche Lösung Dein Lehrer sehen will, kann ich Dir nicht sagen. Wähl Dir das aus, das Dir am besten gefällt, runde es auf zwei Nachkommastellen und fertig.
Als Bonus gibt es noch die Gleichung, mit der man alle drei Resultate ausrechnen kann:

Dabei ist gemeint, daß Du entsprechend Deiner Problemstellung Kₐ, ctot und cB in die oberen beiden Gleichungen einsetzt, die beiden Hilfsgrößen φ und ψ ausrechnest und dann aus der dritten Gleichung den pH bekommst.

Wenn Du die H₂SO₄ als stark und einbasig annehmen willst, dann setzt Du ent­weder ctot=0 und cB=−c₁ oder ctot=c₁ und cB=0 und Kₐ unrealistisch groß, z.B. 1000 mol/l, oder ctot=c₁ und cB=−c₁ und Kₐ unrealistisch klein, z.B. 10¯¹⁰ mol/l ⟹ pH=1.393
 Willst Du H₂SO₄ als zweibasig rechnen, aber das NaHSO₄ vernachlässigen, dann setzt Du ctot=c₁ und cB=−c₁ und die Säurekonstante auf den richtigen Wert Kₐ=10¯²=0.01 mol/l ⟹ pH=1.323
 Für die genauestmögliche Rechung ctot=c₁+c₂ und cB=−c₁ und Kₐ=10¯²=0.01 mol/l ⟹ pH=1.307 
 Eine genaue Erklärung dieser Gleichung mag ich jetzt aber nicht geben.

c1=.0085/.210
c2=.0025/.210
ka=0.01

-l10(c1)
1.3928
phfull(c1,0,-3,14)
1.3928
phfull(0,-c1,2,14)
1.3928
phfull(c1,-c1,12,14)
1.3928

-l10(.5*(c1-ka)+sqrt(.25*(c1+ka)^2+ka*c1))
1.3232
phfull(c1,-c1,2,14)
1.3232

phfull(c1+c2,-c1,2,14)
1.3071

P.S.: Wegen ungenauen Lesens stand da vorher etwas ganz anderes.

Aventus9999 · Answer

Anzahl der Mol H+ und OH- Ionen in den jeweiligen Lösungen berechnen.Differenz der molaren Mengen berechnen.PH Wert berechnen.

Glaskocher · Answer

Stelle zuerst die Reaktionsgleichung von Natronlauge mit Schwefelsäure auf. Nimm als Produkt der Einfachheit halber das neutrale Natriumsulfat an.

Berechne die in den Ausgangslösungen vorhandenen Stoffmengen der beiden Stoffe (n=c*V).

Berechne jetzt, unter Mitführung sämtlicher Einheiten und unter Berücksichtigung der Reaktionsgleichung die Stoffmengen beider Stoffe (in mol), die zur Reaktion verbraucht wurden.

Ziehe den Verbrauch von der Menge der Überschußkomponente ab. Im Folgenden kannst Du das Reaktionsprodukt ignorieren.

Berechne jetzt die Konzentration der Überschußkomponente im gesamten Volumen der vereinigten Lösungen.

Annahme: Im aktuellen Beispiel kannst Du von vollständiger Protolyse ausgehen. Das heißt, daß jedes Säureproton "lose" in der Lösung schwimmt und zum pH-Wert beiträgt.

Berechne die Hydronium-Konzentration in Mol pro Liter und rechne in den dekadischen Logaritmus um.

Schreibe bitte das Ergebnis in den Kommentar, daß Andere es überprüfen können.

pH Wert Berechnung Säure - Base - Mischung?

4 Antworten