Übung 1 Saure und alkalische Lösungen im Alltag

Aufgabe 1 - Sanitärreiniger

saure WC-Reiniger: Natriumhydrogensulfat (NaHSO₄) und Citronensäure (H₃Cit, Summenformel C₆H₈O₇)

alkalische Sanitärreiniger: Natriumhypochlorit(NaClO) und Natriumchlorid (NaCl)¹⁾

Teilchen in der wässrigen Lösung

sauer: Na⁺, HSO₄^-, H₃O⁺, H₂Cit^- (pK_S = 3,13), daneben auch HCit^2- (pK_S = 4,47) und Cit^3- (pK_S = 5,39) ²⁾

alkalisch: Na⁺, ClO^-, Cl^-

Ergänzung: Brönsted-Reaktionen

sauer, 1: HSO₄^- + H₂O _←^→ SO₄^2- + H₃O⁺ (pK_S = 1,92) sauer, 2: H₃Cit + H₂O _←^→ H₂Cit^- + H₃O⁺ (pK_S = 3,13)

alkalisch: ClO^- + H₂O _←^→ HClO + OH^- (pK_S(HClO) = 7,53)

gemeinsamer Einsatz

2 H₃O⁺ + ClO^- + Cl^- _←^→ Cl₂ + 3 H₂O

Sulfat und Citrate wurden in dieser Gleichung nicht berücksichtigt.

Aufgabe 2 - Öffnung einer Mineralwasserflasche

H₂CO₃ _←^→ CO₂ + H₂O

Diese Reaktion ist endotherm und verläuft daher bei hohen Temperaturen heftiger. Durch den dann erhöhten Gasdruck kann die Mineralwasserflasche platzen.

Aufgabe 3 - Entkalken

CaCO₃ (s) + 2 CH₃COOH (aq) → Ca²⁺ (aq) + CO₂ (g) + H₂O + 2 CH₃COO^- (aq)³⁾

pH-Wert des verwendeten Essigs

c₀ = 0,9 mol/l K_s(CH₃COOH)) = $1,8 * 10^{-5}$ mol/l

c(H₃O⁺) = $sqrt{K_S * c_0}$ = $sqrt{1,8 * 10^{-5} * 0,9}$ = 0,0040 [mol/l]

pH = -lg(c(H₃O⁺) = 2,40

Restkonzentration nach dem Entkalken

Eingesetzt: 1 l Essigsäure mit c₀ = 0,9 mol/l, also 0,9 mol Essigsäure

gemessener pH-Wert: 3,8 c(H₃O⁺) = $10^{-3,8} ~=~ 0,00016$ [mol/l]

aus $K_S ~=~ {c(H_3O^{+}) ~*~ c(CH_3COO^{-})}/{c(CH_3COOH)}$ ergibt sich die Restkonzentration:

$1,8 * 10^{-5} ~=~ {0,00016^2}/{c(CH_3COOH)} ~~doubleleftright~~ c(CH_3COOH) ~=~ {0,00016^2}/{1,8 * 10^{-5}} ~=~ 0,0014$ [mol/l]

Masse an gelöstem Calciumcarbonat

Die Restkonzentration an Essigsäure beträgt 0,0014 mol/l, von den ursprünglich 0,9 mol Essigsäure sind also nur noch 0,0014 mol vorhanden.

Damit wurden 0,8986 mol Essigsäure verbraucht.

Nach der Reaktionsgleichung werden 2 mol Essigsäure beim Auflösen von 1 mol Calciumcarbonat umgesetzt. Demnach wurden also 0,4493 mol Calciumcarbonat gelöst.

Da Calciumcarbonat eine Molmasse von 100 g hat, wurden also 44,93 g Calciumcarbonat aufgelöst.

¹⁾

Natriumhypochlorit wird durch Einleiten von Chlorgas in Natronlauge gewonnen: Cl₂ + 2 NaOH → NaClO + NaCl + H₂O

²⁾

Quelle der pK_S-Werte: http://www.hamm-chemie.de/j12/j12db/srekonstanten.htm

³⁾

Hier ist es nicht sinnvoll, Gleichgewichtspfeile zu schreiben, da CO₂ entweicht, dadurch wird ein nahezu vollständiger Umsatz des Eduktes, das in der geringeren Stoffmenge vorliegt, erzwungen.