Chemie Mathematik * Jahrgangsstufe 10 * ph-wert und Logarithmen

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1 Chemie Mathematik * Jahrgangsstufe 10 * p-wert und Logarithmen Vorkenntnisse über Säuren und Basen Säuren sind Protonendonatoren: Cl 2 O Cl O Salzsäure Cl Clor-Ion Cl Oxonium-Ion O Basen sind Protonenakzeptoren: N 2 O N 4 O N O N O Ammoniak N Autoprotolyse des Wassers Ammonium-Ion N 4 2 O 2 O O O ydroxid-ion O Ammoniakwasser N 4 O Wasser Oxonium-Ion ydroxid-ion 55,4 mol / Liter 10-7 mol / Liter 10-7 mol / Liter Die Konzentrationen gibt man in der Einheit mol / Liter an und schreibt dafür auch c( 2 O) = 55,4 mol / Liter und c( O ) = 10-7 mol / Liter = c(o - ). Das Produkt c( O ) c(o - ) = mol 2 / Liter 2 ist für alle verdünnten Lösungen eine Konstante. heißt Ionenprodukt des Wassers und 1) Wie viele Wassermoleküle kommen durchschnittlich auf ein Oxonium-Ion in destilliertem Wasser? 2) In einer verdünnten Salzsäure gilt z.b. c( O ) = 10 - mol / Liter. Wie viele Wassermoleküle kommen nun auf ein Oxonium-Ion? Wie viele Oxonium-Ionen kommen auf ein ydroxid-ion?

2 Definition des p Wertes Der p-wert einer Lösung ist der negative dekadische Logarithmus der Oxonium-Ionen-Konzentration p = - lg c( O ) c( O ) ist dabei in der Einheit mol / Liter anzugeben. Im Logarithmus darf aber natürlich nur der Zahlenwert stehen! Beispiel: Für den p-wert einer verdünnten Salzsäure mit der Konzentration c( O ) = 10 - mol / Liter gilt also: p = - lg (10 - ) = - ( - ) =. Die Oxonium-Ionen-Konzentration eines Rotweins beträgt 2, 10 5 mol / Liter. Berechnen Sie den p-wert des Weins. 4. Der p-wert eines Fruchtsaftes beträgt 2,. Berechnen Sie die Oxonium-Ionen-Konzentration des Saftes. Neben dem p-wert einer Lösung gibt es auch den so genannten po-wert. Wie ist dieser po-wert definiert? Was kann man über die Summe aus p-wert und po-wert einer Lösung sagen?

3 Ein Universalindikator zeigt in einem sehr weiten Bereich p-werte durch ein breites Spektrum an Farbumschlägen an. zunehmend sauer neutral zunehmend basisch 5. Wievielmal mehr Oxoinium-Ionen enthalten 100 Milliliter Magensaft im Vergleich zu 100 Milliliter Zitronensaft bzw. 100 Milliliter Cola? (Verweden Sie Daten aus dem Bild zum Farbverlauf beim Universalindikator.) 6. Regen zeigt einen p-wert von 5,6. In den 1970er Jahren wurde in manchen Gegenden Deutschlands aber p-werte bis zu,6 ( saurer Regen ) gemessen. a) Was verursacht den so genannten sauren Regen? Warum hat auch unbelasteter Regen einen p-wert kleiner als 7? b) Um welchen Faktor ist die Oxoniumkonzentration beim sauren Regen höher als beim normalen Regen? 7. Berechnen Sie für die angegebenen Ionenkonzentrationen jeweils die p-werte der wässrigen Lösungen. a) c( O ) = 0,05 mol/liter b) c(o - ) = 10-9 mol/liter c) c(o - ) = 0,0005 mol/liter 8. Im menschlichen Magen befindet sich Magensäure, die als Verdauungssaft wirkt und zusätzlich Bakterien abtötet. Im Wesentlichen besteht die Magensäure aus Salzsäure mit einem p-wert von etwa 1. a) Welche Konzentration besitzt die Salzsäure im Magnesaft bei einem p-wert von 1? b) Um die Konzentration genauer zu bestimmen, werden 10 Milliliter Magensaft mit Natronlauge (NaO) der Konzentration 0,060 mol/liter titriert. Zum Neutralisieren der Magensäure benötigt man dafür 14 Milliliter. Berechnen Sie die Konzentration der Salzsäure im Magensaft. Welchen p-wert hat damit der Magensaft? 9. Zu 15 Milliliter Salzsäure mit 0,10 mol/liter werden 5,0 Milliliter NaO mit 0,20 mol/liter gegeben. Berechnen Sie den p-wert der Lösung.

4 Chemie Mathematik * Jahrgangsstufe 10 * p-wert und Logarithmen * Lösungen 1. Anzahl der Wassermoleküle 55, 4 mol / Liter 55, Anzahl der Oxonium Ionen 10 mol / Liter 1 Auf ein Oxonium-Ion kommen also 554 Millionen Wassermoleküle in destilliertem Wasser Anzahl der Wassermoleküle 55, 4 mol / Liter 55, 410 Anzahl der Oxonium Ionen 10 mol / Liter 1 Auf ein Oxonium-Ion kommen also nun nur noch Wassermoleküle. 8 Anzahl der Oxonium Ionen 10 mol / Liter Anzahl der ydroxid Ionen 10 mol / Liter 1 Auf ein ydroxid-ion kommen also 10 8 Oxonium-Ionen. 5. Die Oxonium Ionen Konzentration von 2,10 mol / Liter entspricht einem 5 5 p Wert von p lg( 2,10 ) ( lg(2,) lg(10 )) (0, ) 4, 6 2, 4. p 2, 2, lg ( x ) x 10 0, also c(o ) 5,0 10 mol / Liter Der po-wert einer Lösung ist der negative dekadische Logarithmus der ydroxid-ionen-konzentration po = - lg c(o - ) Wegen c( O ) c(o - ) = mol 2 / Liter 2 gilt 14 p po lg c( O ) lgc(o ) (lg(c( O ) c(o )) lg(10 ) 14 1 Anzahl Oxonium Ionen in 0,1 Liter Magensaft 0,1 10 (mol / Liter) 10 2 Anzahl Oxonium Ionen in 0,1 Liter Zitronensaft 0,1 10 (mol / Liter) 1 5. und 1 Anzahl Oxonium Ionen in 0,1 Liter Magensaft 0,1 10 (mol / Liter) Anzahl Oxonium Ionen in 0,1 Liter Zitronensaft 0,1 10 (mol / Liter) 1 6. a) Der saure Regen entsteht durch Abgase bei der Verbrennung insbesondere von schwefelhaltigen Brennstoffen. Schwefeloxide SO x bilden mit Wasser und ggf. Sauerstoff schweflige Säure 2 SO oder Schwefelsäure 2 SO 4. Stickoxide NO x bilden mit Wasser und Sauerstoff salpetrige Säure NO 2 und Salpetersäure NO. Kohlenstoffdioxid CO 2 der Luft bildet mit Wasser Kohlensäure 2 CO und führt auch bei unbelastetem Regen zu einem p-wert kleiner als 7. b),6 2 Anzahl Oxonium Ionen in saurem Regen 10 (mol / Liter) ,6 Anzahl Oxonium Ionen in unbelastetem Regen 10 (mol / Liter) 1 1

5 7. a) 0,05mol/ Liter entsprechen einem p Wert von p lg(0,05) ( 1,01..) 1, b) Zu c(o ) 10 mol / Liter gehört c( O ) 10 mol / Liter und damit ein p Wert von p lg(10 ) 5 c) Zu c(o ) 0, 0005 mol / Liter gehört ein po Wert von po lg( 0, 0005), ,5 und daher p 14,5 10, a) p 1 1 lg ( x ) x 10 0,10 also c( O ) 0,1mol / Liter und da Salzsäure vollständig disoziiert ist damit c(cl) 0,1mol / Liter b) 0,014 Liter NaO mit 0,060 mol / Liter entsprechen 0,014 0,060 mol 0,00084 mol. 0,010 Liter Magensaft enthalten damit 0, mol Cl und das bedeutet eine Oxonium Ionen Konzentration von 0, 084 mol / Liter. Der p Wert beträgt damit p lg ( 0, 084) 1, , ,015 Liter Cl mit 0,10 mol / Liter bedeuten 0,0015 mol Cl. 0,005 Liter NaO mit 0,20 mol / Liter bedeuten 0,0010 mol NaO. Nach der Neutralisation bleiben damit 0, 0005 mol Cl in (0,015 0,005) Liter 0,020Liter. 0,0005 mol c(o ) 0,025 mol / Liter und damit 0, 020 Liter p lg(0, 025) 1, 6