Pufferlösung aus 0,1 mol Ammoniak (NH3 ) und 1 mol Ammoniumchlorid (NH4 Cl)

Question

Aufgabe:

… a) Aus 0,1 mol Ammoniak (NH₃ ) und 1 mol Ammoniumchlorid (NH₄ Cl) wird eine Pufferlösung mit einem Volumen von 1 L hergestellt. Berechnen Sie nachvollziehbar den pH-Wert dieser Lösung (pKB (NH₃ = 4,75)

b) Erläutern Sie , welcher pH-Wert sich ergibt, wenn die Lösung aus Teilaufgabe a) auf 2 L verdünnt wird !

c) Berechnen Sie das Konzentrationsverhältnis der Komponenten Ammoniak und Ammoniumchlorid das erforderlich ist, um eine Pufferlösung mit dem pH-Wert 8,25 herzustellen !

Answer 1

Grüße chemweazle,

pH-Wert einer Pufferlösung aus 0,1 mol Ammoniak (NH₃) und 1 mol Ammoniumchlorid (NH₄Cl)

Aufgabe:

a) Aus 0,1 mol Ammoniak (NH₃) und 1 mol Ammoniumchlorid (NH₄Cl) wird eine Pufferlösung mit einem Volumen von 1 L hergestellt. Berechnen Sie nachvollziehbar den pH-Wert dieser Lösung (pKB(NH3) = 4,75)

b) Erläutern Sie, welcher pH-Wert sich ergibt, wenn die Lösung aus Teilaufgabe a) auf 2 L verdünnt wird !

c) Berechnen Sie das Konzentrationsverhältnis der Komponenten Ammoniak und Ammoniumchlorid das erforderlich ist, um eine Pufferlösung mit dem pH-Wert 8,25 herzustellen.

a). Konjugierte Säure, Ammoniumion, NH₄⁽⁺⁾, eingesetzt in Form des Chlorids, Ammoniumchlorid, NH₄Cl, Stoffmenge: n(NH₄Cl) = 0,1 mol = n( NH₄⁽⁺⁾ ), Gemischvolumen des Puffers V = 1 l, Konzentration der Konjugierten Säure, c( NH₄⁽⁺⁾ ) = 0,1 mol / l

Konjugierte Base Ammoniak-Moleküle, NH₃ Ammoniakgas gelöst in Wasser, NH_3(aq) , Konzentration der konj. Base : c(NH₃) = 0,1 mol / l

Dissoziationsgleichgewicht der der sehr schwachen konjugierten Säure, der Ammoniumionen

NH₄⁽⁺⁾_(aq) ⇌: H⁽⁺⁾_(aq) + NH_3(aq)

Säurekonstante der NH₄⁽⁺⁾-Ionen

$$Ks(NH_{4}^{(+)}) = \dfrac{c(H^{(+)})_{gl}\cdot c(NH_{3})_{gl}}{c(NH_{3})_{gl}}$$

Henderson-Hasselbalch-Gleichung

allgemein

$$pH = pKs + log_{10}\left(\dfrac{c(konjugierte Base)}{c(konjugierte Säure)}\right)$$

$$pH = pKs(NH_{4}^{(+)}) + log_{10}\left(\dfrac{c(NH_{3})}{c(NH_{4}^{(+)})}\right)$$

Der benötigte pKs-Wert der Ammoniumionen ergibt sich aus dem pKb-Wert des Ammoniaks nach :

14 = pKs + pKb

pKs = 14 – pKb, bzw pKs(NH₄⁽⁺⁾) = 14 – pKb(NH₃) = 14 – 4,75 = 9,25

$$pH = 9,25 + log_{10}\left(\frac{0,1\cdot mol\cdot l}{0,1\cdot mol\cdot l}\right)$$

pH = 9,25 + log₁₀ (1) = 9,25

b). Auch beim Verdünnen ändert sich der pH-Wert eines Puffers nicht, denn der pH-Wert hängt nur vom Konzenrationsverhältnis, das ist auch gleich dem Stoffmengenverhältnis, ab.

Das Konzentrationsverhältnis bleibt nach dem Verdünnen der Pufferlösung gleich(konstant).

Bei der Verdopplung des Gemisch-Volumens halbieren sich die Konzentrationen an konjugierter Base und der konj. Säure, das Verhältnis ist das gleiche.

Nach dem Verdünnen auf 2 l

$$c(NH_{3}) = \frac{0,1}{2}\cdot \frac{mol}{l}$$

$$c(NH_{4}^{(+)}) = \frac{0,1}{2}\cdot \frac{mol}{l}$$


$$\dfrac{c(NH_{3})}{c(NH_{4}^{(+)})} = \frac{0,1}{2}\cdot \frac{2}{0,1}\cdot \frac{mol\cdot l}{l\cdot mol}$$

c). pH = 8,25

$$8,25 = 9,25 +  log_{10}\left(\dfrac{c(NH_{3})}{c(NH_{4}^{(+)})}\right)$$

8,25 – 9,25 = - 1

$$log_{10}\left(\dfrac{c(NH_{3})}{c(NH_{4}^{(+)})}\right) = - 1$$

$$10^{-1} = 0,1 = \dfrac{c(NH_{3})}{c(NH_{4}^{(+)})}$$

Beim pH von 8,25 ist das Gemisch 10mal so sauer, wie beim pH = pKs = 9,25, also muß die Konzentration an konjugierter Säure größer sein , als die der konj. Base.

Deshalb ist das Konzentrationsverhältnis von konjugierter Base zu konjugierter Säure kleiner 1.

Comments

Vielen Dank :)

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chemweazle, müsste es bei (a) nicht heißen

pH =  9,25 + log₁₀ (0,1 mol L^-1 / 1 mol L^-1)  =  8,25

Aber vielleicht bin ich auch jetzt einfach zu müde ...

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Grüße chemweazle,

O ja, ich hab dauernd irgendwie mir 0,1 mol / l Ammoniumsalz und 0,1 mol / l Ammoniak in den Kopf geprägt.

Habe mich wohl verschielt.

Danke für die Korrektur.

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Grüße chemweazle,

nun nachträglich die Korrekturen für die beiden Aufgabenteile a und b.

Korrektur

Lesefehler und Einprägefehler :

Ging von einem äquimolaren Gemisch von 0,1 mol / l konjugierte Base(Ammoniak) und von 0,1 mol /l konj. Säure(Ammonumsalz) aus, anstelle von 1 mol / l Ammoniumsalz


Korrektur

a). Konjugierte Base: c(NH₃) = 0,1 mol /l

Konjugierte Säure: c(NH₄⁽⁺⁾) = 1 mol /l

$$pH = 9,25 + log_{10}\left(\frac{\red{0,1\cdot mol}\blue{\cdot l}}{\blue{1\cdot mol}\red{\cdot l}}\right) $$

$$pH = 9,25 + log_{10}\left(\frac{1}{10}\right) $$

pH = 9,25 – 1 = 8,25

b). Der pH-Wert des Puffers bleibt durch die Verdünnung unverändert(konstant).

Nach dem Verdünnen auf das 2fache(doppelte) Volumen, sind die Konzentrationen halbiert , aber das Konzentrationsverhältnis bleibt gleich(konstant).

Nach dem Verdünnen auf 2 l

$$c(NH_{3}) = \frac{0,1}{\red{2}}\cdot \frac{mol}{l}$$

$$c(NH_{4}^{(+)}) = \frac{1}{\red{2}}\cdot \frac{mol}{l}$$

$$\dfrac{c(NH_{3})}{c(NH_{4}^{(+)})} = \frac{0,1}{\red{2}}\cdot \frac{\red{2}}{1}\cdot \frac{mol\cdot l}{l\cdot mol} = 0,1 $$