Natriumhydrogencarbonat und Phosphorsäure: Wie viel CO2 wird frei?

Question

Hallo zusammen, ich bin eine Nullpe in Chemie und stehe auf dem Schlauch:

Ich habe Natriumbicarbonat und gebe dazu Phosphorsäure (85%). Jetzt will ich wissen wie viel CO2 frei wird wenn ich z.B. 1 ml der Säure auf 1 g NaHCO3 gebe.

Die Gleichung lautet:

3NaHCO3 + H3PO4 -> 3CO2 + 3 H2O + Na3PO4

bei M(NaHCO3) = 84 g/mol (x 3 = 252) und M(H3PO4) = 98 g/mol.

d.h. 1 g NaHCO3 entsprechen 0,004 mol und 1 ml H3PO4 bei Dichte 1,88 g/ml = 0,19 mol

also sind auf der linken Seite der Ausgangsstoffe 0,23 mol

3 CO2 -> 3 x 44 g/mol = 132 mol

entspricht 0,0017 g CO2

Ist das absoluter Käse? Freue mich über Hilfe.

Vielen Dank schon mal!

Answer 1

Hi, hier chemweazle,

Zu

Natriumhydrogencarbonat und Phosphorsäure: Wie viel CO₂ wird frei?

Ich habe Natriumbicarbonat und gebe dazu Phosphorsäure (85%). Jetzt will ich wissen wie viel CO₂ frei wird wenn ich z.B. 1 ml der Säure auf 1 g NaHCO₃ gebe.

Schaun mer mal nach den Massen und den zugehörigen gegeben Stoffmengen.

Molmassen:

M(H₃PO₄) = (1,0079*3+30,97376+15,9994*4) g / mol = 97,99506 g / mol

M(NaHCO₃) = (22,98977+1,0079+12,011+15,9994*3) g / mol = 84,00687 g / mol

M(CO₂) = (12,011+15,9994*2) g / mol = 44,0098 g / mol

V(Phosphorsäure, 85 proz.) = 1 ml, ρ(Phosphorsäure, 85 proz.) = 1, 88 g / ml, w(Phosphorsäure) = 0,85

1 ml der sog. 85 %igen sirupösen Phophorsäure hat eine Gesamtmasse von 1,88 g, bestehend aus der Masse der Phosphorsäure und der Masse an Wasser.

m(Phosphorsäure, 85 proz.) = 1 ml * (1, 88 g / ml) = 1,88 g

Die Masse der Phosphorsäure ist nur der Massenanteil der Phosphorsäure von 0,85 mal der Gesamtmasse von 1,88g, also 0,85 * 1,88 g = 1,598 g.

m(Phosphorsäure) = w(Phosphorsäure) * m(Phosphorsäure, 85 proz.) = 0,85 * 1,88 g = 1,598 g

Die Stoffmenge an Phosphorsäure in diesem Volumen von V(Phosphorsäure, 85 proz.) = 1 ml der 85 %igen Lösung beträgt gerundet 0,0163 mol = 16, 3 mmol.

n(Phosphorsäure) = m(Phosphorsäure) / M(Phosphorsäure) = 1,598 g * mol / 97,99506 g ≈ 0,0163 mol

Die Masse an Natriumhydrogencarbonat ist mit 1 g , entsprechend einer Stoffmenge von gerundet 0,012 mol vorgegeben.

m(NaHCO₃) = 1 g ⇒ n(NaHCO₃) = 1 g * mol / 84,00687 g &asymp: 0,012 mol

n(Phosphorsäure) = 0,0163 mol > n(NaHCO₃) = 0,012 mol

Also die Phosphorsäure liegt im Überschuß mit 0,0163 mol vor. Das Natriumhydrogencarbonat mit 0,012 mol liegt dagegen im Unterschuß vor.

Von den 0,0163 mol Phosphorsäure reagieren höchstens 0,012 mol mit 0,012 mol NaHCO₃ zu 0,012 mol CO₂ und entsprechend 0,012 mol prim. Natriumphosphat, Natriumdihydrogenphosphat.

Reaktionsgleichung

NaHCO3	+	H3PO4	→	NaH2PO4	+	H2O	+	CO2(g)↑
0,012 mol		0,012 mol		0,012 mol		0,012 mol		0,012 mol

Es können maximal 0,012 mol, entsprechend einer Masse von m(CO₂) = 0,5281176 g ≈ 0,528 g freigesetzt werden.

Mit dem Molvolumen eines idealen Gases mit Vm(298 K) = ( 24,45 l / mol ) bei der Normtemperatur von θ = 25^°C, entsprechend 298 K ergibt sich ein Volumen von 0,293 l an entweichenden Kohlendioxid.

VCO₂) = Vm(298 K) * n(CO₂) = (24,45 l / mol ) * 0,012 mol = 0,2934 l ≈ 0,293 l

Comments

Hi,

vielen Dank für diese Erläuterung.

Was ich jetzt noch nicht ganz verstehe ist, wie viel Säure muss ich dann 1 g NaHCO3 zugeben um die 0,52 g CO2 freizusetzen?

M(H3PO4) = 98 g/mol
1 g NaHCO3 = 0,0119 mol x (98 g/mol / 3) = 1,17 g / 3 (wegen Mengenverhältnis) = 0,39 g.
Demnach: 1 g NaHCO3 + 0,39 g H3PO4 setzen 0,52 g CO2 frei.
Umrechnung Säure:
0,39 g bei Dichte von 1,88 g/ml = 0,207 ml x 1,15 (weil 85%ig ) = 0,24 ml Säure

Aus 1 g NaHCO3 und 0,24 ml Phosphorsäure erhalte ich 0,52 g CO2

Ist das korrekt?

Grüße

Vincington

---

Hi, hier chemweazle, again

Die Rechnung stimmt, der Weg und die Zahlenwerte stimmen.
Dieser Rechenweg setzt voraus, daß die Phosphorsäure mit 3 Equivalenten Hydrogencarbonat reagiert.

Voraussetzung hier die 1 zu 3- Reaktion von 3 mol NaHCO_3(aq) mit 1 mol Phosphorsäure

3 NaHCO_3(aq) + H₃PO_4(aq) ⇌ Na₃PO_4(aq) + 3 H₂O + 3 CO_2(g)

Für eine starke Base wie z.B. das NaOH würde eine 1 zu 3 Umsetzung bis zum basischen Natrium-tert. Phosphat (Na₃PO_4(aq)) gelingen.

3 NaOH_(aq) + H₃PO_4(aq) ⇌ Na₃PO_4(aq) + 3 H₂O

Das Hydrogencarbonat ist aber nur eine schwache Base. Die Phosphorsäure ist in der Erst-Dissoziationsstufe eine mittelstarke Säure, pKs1 = 2,2. In der 2ten Dissoziationsstufe jedoch eine ziemlich schwache Säure, pKs2 = 7 und in der 3ten Stufe eine sehr sehr schwache Säure, pKs3 = 12,3.

Denke, daß die Reaktion bei Raumtemperatur nur 1 : 1 abläuft, d.h. ein mol Hydrogencarbonat reagiert mit 1 mol Phosphorsäure zu 1 mol Natriumdihydrogenphosphat( prim. Natriumphosphat).

Bei Raumtemperatur

NaHCO_3(aq) + H₃PO_4(aq) ⇌ NaH₂PO_4(aq) + H₂O + CO_2(g)

Beim Erwärmen des Gemisches, schaffen es die schwache Base Hydrogencarbonat und die schwache Säure Natriumdihydrogenphosphat noch, in einer Säure-Base-Reaktion, zu reagieren.

NaHCO_3(aq) + NaH₂PO_4(aq) ⇌ Na₂HPO_4(aq) + H₂O + CO_2(g)

Mit Erwärmung wäre nur eine Umsetzung von 2 mol NaHCO₃ mit 1 mol H₃PO_4(aq) aufgrund der schwachen Basizität der HCO₃^(-)-Ionen möglich.

Beim Erwärmen

2 NaHCO_3(aq) + H₃PO_4(aq) ⇌ Na₂HPO_4(aq) + 2 H₂O + 2 CO_2(g)

Denke, der 3te Schritt geht nicht mehr.

NaHCO_3(aq) + Na₂HPO_4(aq) reagiert nicht zu Na₃PO_4(aq) + H₂O + CO_2(g)