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Forum "Chemie" - ph-Wert einer wässrigen Lösung
ph-Wert einer wässrigen Lösung < Chemie < Naturwiss. < Vorhilfe
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ph-Wert einer wässrigen Lösung: Tipp
Status: (Frage) beantwortet Status 
Datum: 22:10 So 29.05.2016
Autor: arti8

Aufgabe
Berechnen Sie den pH-Wert folgender wässriger Lösung einer 0,1-molaren Schwefelsäurelösung:

H2SO4 (pKs1=-3 ; pKs2=1,92)

Guten Abend,

kann mir vielleicht jemand einen Tipp geben wie ich mit den beiden pKs-Werten nun umgehen soll ?

Muss ich die beiden Werten summieren, um so zu schauen, um welche Stärke es sich in der Lösung der Säure handelt ?
Das wäre demnach: pKs1+2=-3+1,92 = -1,08 und wäre dann eine sehr starke Säure da pks-Wert<-0,35
Was bedeuten würde das ich mit dieser Formel mein Ergebniss erhalten würde:
pH=-log [mm] c(0,1\bruch{mol}{L}) [/mm] = 1

Ist das so richtig ?

        
Bezug
ph-Wert einer wässrigen Lösung: Antwort
Status: (Antwort) fertig Status 
Datum: 01:01 Mo 30.05.2016
Autor: Martinius

Hallo arti8,

[guckstduhier]

[]http://www.cci.ethz.ch/loesungen/WS9899/WS9899_node3.html

und

[]https://dr-luthardt.de/chemie.htm?tip=phso

und

[]https://www.amazon.de/pH-Wert-Berechnungen-Claus-Bliefert/dp/3527257888/ref=sr_1_1?s=books&ie=UTF8&qid=1464562603&sr=1-1&keywords=claus+bliefert++pH

- letzteres in der Uni-Bibliothek oder antiquarisch im Netz.

LG, Martinius

Bezug
                
Bezug
ph-Wert einer wässrigen Lösung: Frage (beantwortet)
Status: (Frage) beantwortet Status 
Datum: 00:08 Di 31.05.2016
Autor: arti8

OK also ich hab mir den zweiten Link jetzt mehrmals genau durch gelesen.

Ich bin zu dem Schluss gekommen, dass zur Lösung der Aufgabe in meinem Fall die Konzentration der Säure alleine wichtig ist um zum Ergebniss zu gelangen.

Wie ich nun rechne mit den pKs-Werten, ist mir allerdings nicht klar. Momentan kann ich eigentlich nur sagen dass sie zur Lösung der Aufgabe nicht notwendig sind und eher verwirren.
Was ich aber verstanden habe ist, dass es 2 Stufen der Protolyse bei dieser Säure gibt und das die Konzentration wichtig ist um zu wissen wie man den pH-Wert bestimmen sollte zumindest hinreichend genau.

c(H2SO4)>0,1 mol    =>  pH=-log(c)
c(H2SO4)<0,001 mol  =>  pH=-log(2c)=-log(c)-log(2)

Da in meinem Falle nach dem pH-Wert einer 0,1 mol Konzentration gefragt wird, ist die Berechnung meines pH-Wertes mit der ersten Formel zu leisten ? Richtig ?


Bezug
                        
Bezug
ph-Wert einer wässrigen Lösung: Antwort
Status: (Antwort) fertig Status 
Datum: 01:52 Di 31.05.2016
Autor: Martinius

Hallo arti8,

Die [mm] H_3O^{+}-Konzentration [/mm] der ersten Stufe ist wegen vollständiger Protolyse: 0,1 mol/l.

Setzt man für die [mm] H_3O^{+}-Konzentration, [/mm] die aus der 2. Protolysestufe stammt x, so ergibt sich:


[mm] $HSO_4^{-}_{(aq)}+H_2O_{(l)}\; \; \rightleftarrows \; SO_4^{2-}_{(aq)} [/mm] + [mm] H_3O^{+}_{(aq)}$ [/mm]


Wobei:  [mm] $[HSO_4^{-}_{(aq)}]\;=\;(0,1-x)\;mol/l$ [/mm]   und   [mm] $[SO_4^{2-}_{(aq)}]\;=\;x\;mol/l$ [/mm]   und   [mm] $[H_3O^{+}_{(aq)}]\;=\;x\;mol/l$ [/mm]


Die gesamte [mm] H_3O^{+}-Konzentration [/mm] ist: (0,1 + x) mol/l;


Eingesetzt in das MWG für die 2. Protolysestufe ergibt sich:


[mm] $K_{S2}\;=\; \frac{[SO_4^{2-}]*[H_3O^{+}]}{[HSO_4^{-}]}\;=\; 10^{-1,92}\;mol/l\;=\; 0,012\;mol/l$ [/mm]


mit Variablen:  [mm] $K_{S2}\;=\; \frac{x*(0,1+x)}{(0,1-x)}\;=\; 0,012\;mol/l$ [/mm]   also:   [mm] $0,1*x+x^2\;=\;(0,1-x)*0,012$ [/mm]


also:   [mm] $x^2+0,112*x-0,0012\;=\;0$ [/mm]


Diese quadratische Gleichung kann man nun mit der pq-Formel lösen:


[mm] $x\;=\; \frac{-0,112}{2}+\wurzel{\left(\frac{-0,112}{2}\right)^2+0,0012\;}\; \approx\; 0,01\;mol/l$ [/mm]


Die gesamte [mm] H_3O^{+}-Konzentration [/mm] ist: (0,1 + x) mol/l also: 0,11 mol/l.


Der pH ist demnach:  [mm] $pH\;=\;-lg(0,11) \;=\; [/mm] 0,96$


LG, Martinius

Bezug
                                
Bezug
ph-Wert einer wässrigen Lösung: Frage (beantwortet)
Status: (Frage) beantwortet Status 
Datum: 23:11 Do 02.02.2017
Autor: arti8

Es ist mal wieder soweit die Prüfung kommt immer näher und ich möchte die Aufgabe lösen.

Also ich kann das schon nachvollziehen, allerdings finde ich das etwas kompliziert und suche nach einer alternativen Rechnung. Dabei bin ich auf folgenden Link gestoßen und habe es nach dem Schema versucht zu lösen, leider ohne Erfolg:

[]http://www.u-helmich.de/che/Q1/inhaltsfeld-2-sb/7-pH-Berechnung/medien/2-07-C.pdf

Hier mein Rechenweg:

1,) [mm] H_{2}SO_{4}+H_{2}O \gdw HSO_{4}^{-}+H_3O^+ [/mm]
2.) [mm] HSO_{4}^-+H_{2}O \gdw SO_{4}^{2-}+H_3O^+ [/mm]
zu 1.)

[mm] Ks_1=\bruch{c(HSO_{4}^{-})*c(H_3O^+)_1}{c(H_{2}SO_{4})}=10^{-pks_1}\bruch{mol}{l}=10^{3}\bruch{mol}{l} [/mm] wobei [mm] c(HSO_{4}^{-})=c(H_3O^+)_1 [/mm]

[mm] c(H_3O^+)_1=\wurzel{Ks_1*c(H_{2}SO_{4})}=10\bruch{mol}{l} [/mm]
[mm] c(HSO_{4}^-)=\bruch{Ks_1*c(H_{2}SO_{4})}{c(H_3O^+)_1}=10 \bruch{mol}{l} [/mm]


zu 2.)
[mm] Ks_2=\bruch{c(SO_{4}^{2-})*c(H_3O^+)_2}{c(HSO_{4}^-)}=10^{-pks_2}\bruch{mol}{l}=10^{-1,92}\bruch{mol}{l} [/mm] wobei [mm] c(SO_{4}^{2-})=c(H_3O^+)_2 [/mm]

[mm] c(H3O^+)_2=\wurzel{Ks_2*c(HSO_4^{-})}=0,3467 \bruch{mol}{l} [/mm]

[mm] c_{ges}=c(H3O^+)_2+c(H_3O^+)_1=10,3467\bruch{mol}{l} [/mm]

pH=-log(10,3467)=-1,01

Das kann ja nicht stimmen. Könnte mir vielleicht jemand hier weiterhelfen bei der Art von Rechnung ? Ich weiß ja aus den pKs-Werten das die erste Protolysestufe eine starke Säure ist und die zweite ist eine Schwache.

Nun gibt es für starke und schwache Säuren unterschiedliche Formeln zur pH-Wert Berechnung. Liegt hier vielleicht der Wurm drin ?

Ich bin davon ausgegangen das in dem Rechenbeispiel von Martinius dieser Unterschied nicht berücksichtigt wurde. Trotzdme ist sein Ergebniss korrekt und meins falsch. Warum ?
Im Prinzip habe ich doch das gleiche getan nur auf einem anderen Weg ?


Lieben Gruß und danke für die bisherige Hilfe Martinius.

Bezug
                                        
Bezug
ph-Wert einer wässrigen Lösung: Antwort
Status: (Antwort) fertig Status 
Datum: 01:08 Fr 03.02.2017
Autor: Martinius

Hallo arti8,




> Es ist mal wieder soweit die Prüfung kommt immer näher
> und ich möchte die Aufgabe lösen.
>  
> Also ich kann das schon nachvollziehen, allerdings finde
> ich das etwas kompliziert und suche nach einer alternativen
> Rechnung. Dabei bin ich auf folgenden Link gestoßen und
> habe es nach dem Schema versucht zu lösen, leider ohne
> Erfolg:
>  
> []http://www.u-helmich.de/che/Q1/inhaltsfeld-2-sb/7-pH-Berechnung/medien/2-07-C.pdf
>  
> Hier mein Rechenweg:
>
> 1,) [mm]H_{2}SO_{4}+H_{2}O \gdw HSO_{4}^{-}+H_3O^+[/mm]
>  2.)
> [mm]HSO_{4}^-+H_{2}O \gdw SO_{4}^{2-}+H_3O^+[/mm]
>  zu 1.)
>  
> [mm]Ks_1=\bruch{c(HSO_{4}^{-})*c(H_3O^+)_1}{c(H_{2}SO_{4})}=10^{-pks_1}\bruch{mol}{l}=10^{3}\bruch{mol}{l}[/mm]
> wobei [mm]c(HSO_{4}^{-})=c(H_3O^+)_1[/mm]
>  
> [mm]c(H_3O^+)_1=\wurzel{Ks_1*c(H_{2}SO_{4})}=10\bruch{mol}{l}[/mm]
>  [mm]c(HSO_{4}^-)=\bruch{Ks_1*c(H_{2}SO_{4})}{c(H_3O^+)_1}=10 \bruch{mol}{l}[/mm]


Diese Ergebnis hätte Dich schon misstrauisch werden lassen sollen.

Du hast eine Schwefelsäure mit [mm] c_0=0,1 [/mm] mol/l und bekommst aus der 1. Protolysestufe 10 mol/l Hydroniumionen?

Das wäre nun wahrlich eine wundersame Vermehrung - eine Vermehrung um den Faktor 100.


Für Schwefelsäure ist der [mm] $pK_{S1}\;= \;-3$ [/mm]  -  es handelt sich bei der 1. Protolysestufe also um eine sehr starke Säure.

[mm] c_1(H_3O^{+}) [/mm] ist daher in sehr guter Näherung gleich [mm] $c_0\;=\;0,1\;mol/l$ [/mm] .

  

>
> zu 2.)
>  
> [mm]Ks_2=\bruch{c(SO_{4}^{2-})*c(H_3O^+)_2}{c(HSO_{4}^-)}=10^{-pks_2}\bruch{mol}{l}=10^{-1,92}\bruch{mol}{l}[/mm]
> wobei [mm]c(SO_{4}^{2-})=c(H_3O^+)_2[/mm]
>  
> [mm]c(H3O^+)_2=\wurzel{Ks_2*c(HSO_4^{-})}=0,3467 \bruch{mol}{l}[/mm]
>  
> [mm]c_{ges}=c(H3O^+)_2+c(H_3O^+)_1=10,3467\bruch{mol}{l}[/mm]
>  
> pH=-log(10,3467)=-1,01
>  
> Das kann ja nicht stimmen. Könnte mir vielleicht jemand
> hier weiterhelfen bei der Art von Rechnung ? Ich weiß ja
> aus den pKs-Werten das die erste Protolysestufe eine starke
> Säure ist und die zweite ist eine Schwache.
>
> Nun gibt es für starke und schwache Säuren
> unterschiedliche Formeln zur pH-Wert Berechnung. Liegt hier
> vielleicht der Wurm drin ?


Du könntest eine schulische Formelsammlung verwenden - um in Erfahrung zu bringen, dass es 3 verschiedene Rechenverfahren gibt um den pH zu bestimmen:

Eines für sehr starke Säuren:  pKs < - 1,74

Eines für starke Säuren:  - 1,74  <  pKs  <  4,5

Eines für mittelstarke & schwache Säuren:  4,5  <  pKs



> Ich bin davon ausgegangen das in dem Rechenbeispiel von
> Martinius dieser Unterschied nicht berücksichtigt wurde.
> Trotzdme ist sein Ergebniss korrekt und meins falsch. Warum
> ?
> Im Prinzip habe ich doch das gleiche getan nur auf einem
> anderen Weg ?
>
>
> Lieben Gruß und danke für die bisherige Hilfe Martinius.  


Besten Dank für die Blumen.

LG, Martinius

Bezug
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