pH-Wert berechnen/ Übungen

fragenstellen123 · Anmeldungsdatum: 19.02.2021 Beiträge: 955

Guten Morgen an alle!

Ich habe einige Aufgaben zu pH-Wert-Berechnungen erstellt, da mir noch an Übung fehlt. Ich hoffe, dass die von mir erstellten Aufgaben halbwegs Sinn ergeben, ansonsten bitte korrigieren.

Könnt ihr kurz drüber schauen und mir sagen, ob die Berechnungen passen?

pH-Wert-Berechnungen:

a) Wie ändert sich der pH-Wert, wenn Sie ein Puffersystem bestehend aus 400 ml Essigsäure (1M) und 300 ml Natriumacetat-Lösung (2M) mit 200 ml NaOH (2M) versetzen?
Antwort:
n(CH3COOH)= c*V= 1mol/l * 0,4 l = 0,4 mol
n(NaOAc)= 0,6 mol

c(CH3COOH)= n/V = 0,4mol/ l = 0,571 mol/L
c(OAc)= n/V = 0,6 mol/ 0,7 l = 0,857 mol/l

Konz. Nach Zugabe von NaOH:

c(CH3COOH)= 0,131 mol/l
c(NaOAc)= 1,297 mol/l

pH= 4,75 - log (0.131 mol/L / 1,297 mol/L)= 5,745
pOH= 9,25 - log (1,297/0,131) = 8,745
pH = 5,745

b) eines Puffersystems, welches durch Mischen von 2 l einer 0,30 M NH4+ - Lösung mit 1 l einer 1,40 M NH3-Lösung erhalten wurde.
Antwort:

n(NH4+)= = 0,30 mol/l * 2l=0,6 mol/l
n(NH3)=1,40 mol/l * 1 l= 1,40 mol

c(NH4+)= n/V= 0,6 mol/3l = 0,2 mol/l
c(NH3)= n/V = 1.40 mol/3l= 0,47 mol/l

pOH= pKb - log(c(Base)/c(Säure))
pOH= 4.75 - log (0,47/0,2) = 4,37
pH=9,621

Oder:
pH= 9,25 - log (0,2/ 0,47)= 9,621

e) Einer gesättigten Cer(III)-hydroxidlösung ist zu berechnen.
Das Löslichkeitsprodukt KL von Ce(OH)3 beträgt 5,2 *10-6 mol^4/l^4

Kl= 1/3 [OH-] * [OH-]^3
Kl= 1/3 [OH-]^4
[OH-] = 4 √ 3* Kl
[OH]= 4√ 3* (5,2*10^-6 mol^4/L^4) = 0,0628 mol/l

pOH= -log(0,0628)= 1,202
pH= 14- 1,202 = 12,797

c) Es werden 0,1 mol/l NH3 zu 300 ml CH3COOH (1M) und 200 ml Acetat (0,5 M) dazugegeben. Wie viel ml NH3 mit 0,1 mol/l muss dazugegeben werden, um den pH-Wert auf 5 zu erhöhen?

n(HAc)= 0,3 mol
c(HAc)= 0,6 mol/L

n(OAc)=0,1 mol
c(OAc-)= 0,2 mol/L

5= 4,75 - log (0,3 - x / 0,1 +x)
x= 0,156 mol

V(NH3)= 0,156 mol / 0,1 mol/l = 1,56 Liter

d) Wie viel mL HCl (0,2 mol) muss zu einem Puffer aus 500 mL Essigsäure (1,5M) und 400 mL Acetat (2M) gegeben werden,um den pH-Wert auf 3 zu senken?

n(CH3COOH)= n/V = 0,75 mol/L = 0,83 mol/L
n(Ac-)= 0,88 mol/L

3=4,75 - log (0,83 + x/ 0,88 -x)
x= 0,85012

n(Ac-)= c*V = 2 mol/L * 0,4 L = 0,8 mol
cneu(Ac-) = 0,8 mol/0,9 L = 0,89 mol/L

3= 4,75 - log (0,83 mol/l +x / 0,89 mol/l -x)
x= 0,968 mol/l

V(HCl) = n/c = 0,2 mol / 0,968 mol/l = 0, 2066 L = 0,207 L

Danke schon mal im Voraus!

Nobby · Administrator Anmeldungsdatum: 20.10.2014 Beiträge: 5794 Wohnort: Berlin

Zu a. Überleg mal wieviel mol von jedem Stoff nach Mischung vorhanden sind.Es empfiehlt sich hier nur in Stoffmengen zu rechnen.
Zu b.richtig.
Zu c. Siehe hier https://studyflix.de/chemie/loslichkeitsprodukt-1918
Zu d und e x ist was, besser nur in mol rechnen

fragenstellen123 · Anmeldungsdatum: 19.02.2021 Beiträge: 955

Zu a): Die stoffmenge an CH3COOH ist 0, also kann man keine Gleichung auffstellen?

Zu c): Da habe ich ja eigentlich mit der Stoffmenge gerechnet. Habe dann nach x aufgelöst. (kann sein, dass ich mich verrechnet habe)
x soll die Stoffmenge darstellen. Dann daraus das Volumen von NH3 berechnen

Zu d): statt 0,2 Mol HCl einfach 0,2 mol/l HCl nehmen?

Zu e): Wie ich weiß, sollte die Berechnung mit der Löslichkeit passen.
Wäre das jetzt falsch?

Und noch allgemein: Soll ich bei solchen pH-Wert Berechnungen immer mit der Stoffmenge rechnen, wenn es möglich ist?

imalipusram

fragenstellen123 · Anmeldungsdatum: 19.02.2021 Beiträge: 955

Okay, dann schreibe ich die Einheiten dazu.
Und wie sehen die Rechnungen aus, passen die? Sonst probiere ich noch einen anderen Rechenweg

Nobby · Administrator Anmeldungsdatum: 20.10.2014 Beiträge: 5794 Wohnort: Berlin

fragenstellen123 · Anmeldungsdatum: 19.02.2021 Beiträge: 955

Also wenn ich dich richtig verstanden habe, dann kann man gar nicht den Pufferbereich berechnen, sondern man muss hier die Formel für schwache Säuren verwenden?

Also einfach den pOH wert berechnen?

Nobby · Administrator Anmeldungsdatum: 20.10.2014 Beiträge: 5794 Wohnort: Berlin

So ist es Du hast nur eine Lösung von Natriumacetat und keine Pufferlösung.

fragenstellen123 · Anmeldungsdatum: 19.02.2021 Beiträge: 955

Dann macht die Aufgabenstellung gar keinen Sinn. Ich ändere das mal ab, weil ein Puffersystem kann ´s nicht sein.

Und wie sieht´s mit den restlichen aus? kann ich die so lassen?

Und danke für deine Hilfe Nobby!

Nobby · Administrator Anmeldungsdatum: 20.10.2014 Beiträge: 5794 Wohnort: Berlin

Sicher macht die Aufgabe Sinn. Von einer Pufferlösung ändert sich die Lösung zu einer einfachen Salzlösung. Man kann den neuen pH berechnen und mit dem der Pufferlösung vergleichen.

Bei den letzten Aufgaben soll man ein Volumen berechnen von der zugegebenen Säure bzw. Ammoniaks.

fragenstellen123 · Anmeldungsdatum: 19.02.2021 Beiträge: 955

Ja, aber von welcher Pufferlösung?. Also wie soll ich den neu berechneten pH-Wert mit der Pufferlösung vergleichen, wenn wir den Pufferbereich nicht bestimmen können

Nobby · Administrator Anmeldungsdatum: 20.10.2014 Beiträge: 5794 Wohnort: Berlin

Es liegt doch eine Pufferlösung vor. Davon den pH bestimmen. Dann wird soviel NaOH zu gegeben, das nur noch Acetat vorliegt. Davon den pH wieder bestimmen.

fragenstellen123 · Anmeldungsdatum: 19.02.2021 Beiträge: 955

Soll ich bei a) jetzt den Pufferpunkt berechnen?
pOH= 9,25 -log (1/0) ?

Oder: pOH= 1/2 * 9,25 -1/2 log(1 mol) = 4,625
pH= 9,375

Was mach ich da falsch?

Nobby · Administrator Anmeldungsdatum: 20.10.2014 Beiträge: 5794 Wohnort: Berlin

Für die Acetat Lösung ist das Ergebnis Richtig. 9,375

Die Pufferlösung enthält 0.4 mol Essigsäure und 0,6 mol Acetat

pH = 4,75 - log(0,4/0,6) = 4,92

Die Änderung ist somit 4,455 pH

fragenstellen123 · Anmeldungsdatum: 19.02.2021 Beiträge: 955

Soweit verstanden, aber was passiert mit NaOH?
200 ml NaOH gibt man hinzu.

Und danke für die Erklärungen

Nobby · Administrator Anmeldungsdatum: 20.10.2014 Beiträge: 5794 Wohnort: Berlin

Die NaOH neutralisiert die Essigsäure zu Natriumacetat.

fragenstellen123 · Anmeldungsdatum: 19.02.2021 Beiträge: 955

Ja, dann entsteht ja vermehrt Natriumacetat. Dann nimmt die Menge an Natriumacteta dementsprechend auch zu? Haben wir dann nicht 1 mol NaOAc vorliegen?

Nobby · Administrator Anmeldungsdatum: 20.10.2014 Beiträge: 5794 Wohnort: Berlin

Ja genau. Davon den pH Wert bestimmen.

fragenstellen123 · Anmeldungsdatum: 19.02.2021 Beiträge: 955

Wieso setzen wir 1 mol nicht in die Puffergleichung? Also wieso nicht pH= 4,75 -log (0,4-0,4/0,4+0,1). Zwar man kommt für CH3COOH 0 raus, aber man muss doch die Zugabe an NaOH mitrechnen und dann in die Puffergleichung einsetzen?

Nobby · Administrator Anmeldungsdatum: 20.10.2014 Beiträge: 5794 Wohnort: Berlin

Dann setze doch mal ein was kommt raus?

fragenstellen123 · Anmeldungsdatum: 19.02.2021 Beiträge: 955

Das kann man ja nicht berechnen. Der Rechner kann’s nicht ausrechnen.
-log(0) gibt´s nicht

Nobby · Administrator Anmeldungsdatum: 20.10.2014 Beiträge: 5794 Wohnort: Berlin

Eben, ist Deine Frage also beantwortet.

fragenstellen123 · Anmeldungsdatum: 19.02.2021 Beiträge: 955

Wieso kann man das dann so berechnen: pH = 4,75 - log(0,4/0,6) = 4,92
An Essigsäure bleibt ja nichts mehr übrig, dann kann man ja den Pufferbereich auch nich berechnen? Da haperts immer noch

Nobby · Administrator Anmeldungsdatum: 20.10.2014 Beiträge: 5794 Wohnort: Berlin

Die HH Gltichung gilt für Puffer also Salz und korrspondierende Säure. Jedoch nicht für Salze allein.

fragenstellen123 · Anmeldungsdatum: 19.02.2021 Beiträge: 955

Ja, schon, aber wenn doch nicht´s mehr an CH3COOH übrig bleibt, da wir ja Base hinzugeben, dann kann man auch die HH-Glg. hier nicht anwenden.
Ich hab irgendwie nen Denkfehler

Nobby · Administrator Anmeldungsdatum: 20.10.2014 Beiträge: 5794 Wohnort: Berlin

Ja kann man ja auch nicht. Formel für Salze schwacher Säuren anwenden.

fragenstellen123 · Anmeldungsdatum: 19.02.2021 Beiträge: 955

Wieso hast du dann oben die Pufferformel —> pH = 4,75 - log(0,4/0,6) = 4,92
verwendet?

Nobby · Administrator Anmeldungsdatum: 20.10.2014 Beiträge: 5794 Wohnort: Berlin

Du hast die Aufgabe garnicht verstanden.

Man hat eine Pufferlösung dafür braucht man die HH Gleichung. Dann wird soviel NaOH zugegeben, das nur noch eine Salzlösung vorliegt. Da versagt die Puffergleichung. Man muss dann die Formel für Salze schwacher Säuren nehmen. Dann beide pH Werte vergleichen.

fragenstellen123 · Anmeldungsdatum: 19.02.2021 Beiträge: 955

Ja, das hab´ ich verstanden. Aber ist das nicht interpretationssache? Du sagst, zuerst das puffersystem berechnen und dann die Formel für für schwache Basen.
Aber ich hätte NUR den pH wert der Base berechnet.

Edit: Auf jeden fall habe ich die Aufgabe a) verstanden.
Oben habe ich noch was ergänzt. Passen die Berechnungen?
Vor allem bei d) muss man ja jetzt die Konz. ausrechnen, um auf das Volumen von HCl zu kommen. Wäre das so korrekt?

Nobby · Administrator Anmeldungsdatum: 20.10.2014 Beiträge: 5794 Wohnort: Berlin

Es hieß wie ändert sich der pH Wert....
Dazu muss man ihn vor und nach der Zugabe der Base wissen. Nur die Base ausrechnen reicht nicht. Das Delta ist gefragt.

fragenstellen123 · Anmeldungsdatum: 19.02.2021 Beiträge: 955

Ja verstehe, danke dir!

Und noch zum Schluss: sind die restlichen Berechnungen so in Ordnung? Muss ich da was ändern?

Nobby · Administrator Anmeldungsdatum: 20.10.2014 Beiträge: 5794 Wohnort: Berlin

Rest passt so.

fragenstellen123 · Anmeldungsdatum: 19.02.2021 Beiträge: 955

Vielen vielen Dank für die Mühe und für die ausführlichen Erklärungen!