Chemie-Arbeitsblatt _ _ Klasse _ _ _ Name __________________________________________________________________Datum _ _ ._ _._ _

�bungsaufgabe zur Thematik Entkalker

Ein Entkalker unbekannter Zusammensetzung soll untersucht werden mit dem Ziel, die entsprechende wirksame S�ure herauszufinden. Als wirksame S�ure k�nnen die ��blichen Verd�chtigen" angenommen werden, also Essigs�ure, Citronens�ure, Michs�ure, Malons�ure, Maleins�ure und Amidosulfons�ure.

Es werden die bereits bekannten Versuche durchgef�hrt:

V1:

Reaktion des Entkalkers mit Calciumcarbonat.

V2:

Bestimmung des CO₂-Volumens, das mit 2,5 mL Entkalker-L�sung entsteht.

V3:

Bestimmung der Trockenmasse.

V4:

Aufnahme einer Titrationskurve und Bestimmung des �quivalenzpunktes.

Messergebnisse:

zu V1:

Der Entkalker reagiert mit Marmor unter Gasbildung: es sch�umt.

zu V2:

2,5 mL Entkalker-L�sung reagieren mit Marmor-Granulat im �berschuss zu 78 mL CO₂.

zu V3:

50 mL Entkalker-L�sung werden eingetrocknet und ergeben ein Trockengewicht von 7,5 g.

zu V4:

10 mL der Entkalker-L�sung werden mit 50 mL Wasser verd�nnt. Bei der Titration mit Natronlauge der Konzentration c(NaOH) = 1 mol/L werden 13 mL der Lauge verbraucht.

Arbeitsauftrag:

Finde heraus, um welchen Entkalker es sich handelt.

L�sungen:

Zu V1:	Aus der Reaktion mit Marmor = Calciumcarbonat (CaCO₃)- Gasbildung - wird deutlich, dass es sich um eine S�ure handelt. Die st�rkere S�ure (welche auch immer) treibt aus dem Salz der schw�cheren S�ure (hier: Kohlens�ure = H₂CO₃) das Anhydrid aus, also CO₂.

Zu V2:	Als m�gliche Reaktionspartner stehen hier folgende S�uren zur Verf�gung: 1-protonige S�uren = 1-wertige S�uren: Essigs�ure, Milchs�ure, Amidosulfons�ure 2-protonige S�uren = 2-wertige S�uren: Maleins�ure, Malons�ure 3-protonige S�uren = 3-wertige S�uren: Citronens�ure, 2,5 mL Entkalker-L�sung ergeben mit Marmor-Granulat im �berschuss 78 mL CO₂-Volumen. Daraus wird die Molzahl n(CO₂) errechnet mit 24 l/mol als molares normales Molvolumen V_mnbei 1013 hPa und 20 �C: n(CO₂) = V_(Gas) / V_mn = 0,078 L / 24 L = 0,00325 mol = 3,25 mmol Ist die S�ure 1-wertig, dann m�ssen nach jeder entsprechenden Reaktionsgleichung 2 S�uremolek�le mit einem Teilchen Calciumcarbonat reagieren, also ist die Stoffmenge n(S�ure) doppelt so gro�, n�mlich 6,5 mmol. Ist die S�ure 2-wertig, dann muss nach jeder entsprechenden Reaktionsgleichung 1 S�uremolek�l mit einem Teilchen Calciumcarbonat reagieren, also ist die Stoffmenge n(S�ure) gleich gro�, n�mlich 3,25 mmol. Ist die S�ure 3-wertig, dann m�ssen nach jeder entsprechenden Reaktionsgleichung 2 S�uremolek�le mit drei Teilchen Calciumcarbonat reagieren, also ist die Stoffmenge n(S�ure) 2/3 mal so gro�, n�mlich 2,167 mmol. In allen drei F�llen ist das Verh�ltnis n(CaCO₃) : n(CO₂) = 1 : 1 Aus der Angabe "2,5 mL Entkalker-L�sung" kann zun�chst keine weitere Schlussfolgerung gezogen werden, in diesen 2,5 mL k�nnen 6,5 Mole S�ure oder 3,25 Mole oder auch nur 2,167 Mole enthalten sein. Allerdings kann die Beziehung c(S�ure) = n(S�ure) /V(S�ure) = 3,25 mmol / 2,5 mL = 1,3 mol/L sp�ter zur Verifikation oder Falsifikation verwendet werden.
Zu V3:	Bei der Bestimmung der Trockenmasse ergeben 50 mL L�sung eine Trockenmasse von 7,5 g. Umgerechnet auf 1000 mL = 1 L betr�gt die Trockenmasse 150 g S�ure. Der Rest ist Wasser als L�sungsmittel. Geht man davon aus, dass in der L�sung nur ein Stoff wirksam ist (und bei einer �bungsaufgabe kann man davon ausgehen), h�tte man jetzt also schon die Stoffportion S�ure. Nur wissen wir immer noch nicht, wie viel Molen S�ure diese Stoffportion entspricht, es kann ja eine 1-wertige, 2-wertige oder 3-wertige S�ure sein. Deswegen gibt V4 weiteren Aufschluss! Also: m(S�ure) = 150 g
Zu V4:	10 mL der Entkalker-L�sung werden zwar verd�nnt, neutralisieren aber auch nicht mehr als 13 mL der Lauge mit der Konzentration c(Lauge) = 1 mol/l. Die Verd�nnung erfolgt allein aus titrationstechnischen Gr�nden (Genauigkeit der Ablesung in einem Erlenmeyerkolben entsprechender Gr��e). Die Beziehung n(S�ure) = n(Lauge) beim �quivalenzpunkt wird aufgel�st: Von den 4 Gr��en sind 3 bekannt. c(S�ure) * V(S�ure) = c(Lauge) * V(Lauge) <==> c(S�ure) = c(Lauge) * V(Lauge) / V(S�ure) = 1 mol/L * 0,013 L / 0,01 L = 1,3 mol/L Mit der Gleichsetzung der Beziehungen n(S�ure) = c(S�ure) * V(S�ure) und n(S�ure) = m(Stoffportion) / M(S�ure) und entsprechender Umformung erh�lt man: M(S�ure) = m(S�ure) / c(S�ure) * V(S�ure) M(S�ure) = 150 g / 1,3 mol/L * 1,0 L = 115,4 g/mol. Damit ist die Molare Masse der S�ure festgelegt. Der Vergleich dieser berechneten Molaren Masse der S�ure mit den Molaren Massen der o.g. S�uren ergibt, dass daf�r (innerhalb der Rechen- und Versuchsgenauigkeit) nur die Maleins�ure in Frage kommt. Ihre Molare Masse betr�gt: M(Maleins�ure) = 116,07 g/mol. Die Molaren Massen der anderen S�uren betragen: M(Essigs�ure) = 60,1 g/mol Milchs�ure = 90,1 g/mol Amidosulfons�ure = 97,09 g/mol Maleins�ure = 116,1 g/mol Malons�ure = 104,1 g/mol Citronens�ure = 192,13 g/mol Zus�tzliche Fakten tragen dazu bei, das Ergebnis zu untermauern: Essigs�ure ist selbst als 99,9%-L�sung eine Fl�ssigkeit, es gibt also keine Trockenmasse. Milchs�ure ist eine farblose, fast �lige, geruchlose Fl�ssigkeit, die sich auch nicht als Feststoff eindampfen l�sst. Feststoffe sind: Amidosulfons�ure, Maleins�ure, Malons�ure, Citronens�ure. Vom Vergleich der berechneten Molaren Massen passt nur Maleins�ure. Didaktische Anmerkung: Bei dieser Aufgabe geht es im wesentlichen um den geschickten Bezug verschiedener Gr��engleichungen aufeinander, der Fragestellung angepasst. Es handelt sich um die wenigen wesentlichen Beziehungen c = n/V, n = m/M und n=V/Vmn. Zudem soll das quantitative Verst�ndnis der Titration mehrwertiger S�uren mit einer einwertigen Lauge vertieft werden. Dabei wird bewusst vernachl�ssigt, dass die zwei- und drei-protonigen S�uren mehrere �quivalenzpunkte haben, also letzten Endes der Laugenverbrauch gr��er ist. In dieser Rechenaufgabe wird davon ausgegangen, dass die S�ure bei der Reaktion mit Marmor beide Protonen abgibt wie auch bei der Neutralisation. Eine differenzierte Betrachtungsweise erscheint mit in einem WP-Kurs Kl. 9 oder 10 nicht angebracht.
update am: 02.02.21 zur�ck zur Hauptseite