Gruß chemweazle,
Unbekannte Base mit Schwefelsäure neutralisieren
Neutralisation einer Base mit dem Volumen von 1000 l und einem PhWert von 13,25.
Zur Neutralisation ist das Volumen von konz. Schwefelsäure (98Gewichts%) gesucht.
M(H2SO4) = (1,0079*2+32,06+15,9994*4) g / mol = 98,0734 g / mol
ρ(H2SO4, 25°C) = 1,8310 g / ml
Ich verstehe nicht ganz, wie ich auf das Volumen kommen soll...
Soweit ich das verstanden habe, soll ich das ja Neutralisiren, also brauche ich einen Ph-Wert von 7,
Das stimmt
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Der Anfang geht doch schon in Richtung Ziel.
Es wurde doch anhand des pH-Wertes die Hydroxidionenkonzentration errechnet.
Und mit dieser Hydroxidionenkonzentration und dem riesigen Volumen, V(OH(-)) = 1000 l, die Stoffmenge der Hydroxidionen, n(OH(-)) bestimmt.
Bei der Temperatur, neuerdings die Normal- oder Standardtemperatur, von θ = 25<sup>°</sup>C, entsprechend 298,16 K gilt für denpKw-Wert, pKw = 14.
Mit diesen Wert pKw = 14 = pH + pOH, wurde der pOH-Wert errechnet und daraus auch richtig die Hydroxidionenkonzentration.
Was in der Aufgabenstellung fehlt, ist natürlich die Dichte der Schwefelsäure mit dem gegebenen Massenanteil von 98 % bei der Temperatur von θ = 25°C.
Denn mit dieser Dichte und der Masse an 98 %iger Schwefelsäure gelangt man zum Volumen der einzusetzenden Schwefelsäure.
Die Dichte der 98 %igen Schwefelsäure bei 25 Grad Celsius fand ich auf der folgenden Internetseite:
http://www.internetchemie.info
pOH = 14 - pH = 14 - 13,25 = 0,25 = 1⁄4
c(OH(-)) = 10- pOH * mol⁄ l
$$c(OH^{(-)}) = 10^{- 1/4}\cdot \frac{mol}{l} = \dfrac{1}{10^{1/4}}\cdot \frac{mol}{l} = \dfrac{1}{\sqrt[4]{10}}\cdot \frac{mol}{l}$$
$$\approx 0,562\cdot \frac{mol}{l}$$
Die Stoffmenge an Hydroxidionen in einem Volumen, V(OH(-)) = 1000 l, beträgt:
n(OH(-)) = c(OH(-)) * V(OH(-))
$$n(OH^{(-)}) = 0,562\cdot \frac{mol}{l}\cdot 1000\cdot l = 562 mol$$
Nun zur Frage wieviel Schwefelsäure zur Neutralisation verbraucht wird.
Um den pH-Wert von 7 zu erreichen, müssen gleichviele H(+)-Ionen zugegeben werden, wie OH(-)-Ionen vorliegen.
Anhand der Reaktionsgleichung kann das Stöchometrische Verhältnis der Stoffmengen von Hydroxidionen und Schwefelsäure an den stöchiometriscen Koeffizienten abgelesen werden.
Reaktionsgleichung
2 OH(-)(aq) + 1 H2SO4(aq) → 2 H2O + SO4(2-)(aq)
Die Stoffmenge, Teilchenstückzahl, gemessen in mol, an 2basigen, 2wertigen Schwefelsäuremolekülen verhält sich zur Stoffmenge der Hydroxidionen, wie die stöchiometrischen Koeffizienten in der Reaktionsgleichung, 1:2.
$$\frac{n(H_{2}SO_{4})}{n(OH^{(-)})} = \frac{1}{2}$$
$$n(H_{2}SO_{4}) = \frac{1}{2}\cdot n(OH^{(-)}) = \frac{562}{2}\cdot mol = 281\cdot mol$$
Es wird nur eine halb so große Stoffmenge an Schwefelsäure benötigt, wie die der Hydroxidionen, da die Schwefelsäure 2wertig ist.
Die Stoffmenge der zur Neutralisation benötigten Schwefelsäure multipliziert mit der Molmasse von Schwefelsäure ergibt die Masse an absoluter, 100 %iger Schwefelsäure, m(H2SO4)absolut.
m(H2SO4)absolut = n(H2SO4) * M(H2SO4)
m(H2SO4)absolut = 281 mol * 98,0734 g⁄mol = 27.558,6254 g ≈ 27,559 kg
Diese Masse an absoluter Schwefelsäure, m(H2SO4)absolut = 27,559 kg entspricht das 0,98-fache der Masse an einzusetzender 98 %iger Schwefelsäure
m(H2SO4)absolut = 0,98 * m(H2SO4, 98 % )
$$m(H_{2}SO_{4})_{absolut} = \frac{98}{100}\cdot m(H_{2}SO_{4}, 98 \%)$$
$$m(H_{2}SO_{4}, 98 \%) = m(H_{2}SO_{4})_{absolut}\cdot \frac{100}{98}$$
$$m(H_{2}SO_{4}, 98 \%) = 27,559\cdot kg\cdot \frac{50\cdot 2}{49\cdot 2} \approx 28,121\cdot kg$$
In 28,121 kg 98 %iger Schwefelsäure sind 27,559 kg Schwefelsäure enthalten, der Rest der Masse ist Wasser.
Die Dichte der 98 %igen Schwefelsäure beträgt bei der Temperatur von 25 Grad Celsius:
$$\rho(H_{2}SO_{4}, 98 \%) = \frac{1,8310\cdot g}{ml} = \frac{1,8310\cdot kg}{l}$$
$$V(H_{2}SO_{4}, 98 \%) = \frac{m(H_{2}SO_{4}, 98 \%)}{\rho(H_{2}SO_{4}, 98 \%)}$$
$$V(H_{2}SO_{4}, 98 \%) = \frac{28,121}{1,8310}\cdot \frac{kg\cdot l}{kg} \approx 15,358\cdot l$$
