Arbeitsblatt. Puffer

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1 Arbeitsblatt Ziele: Vertiefen des konzeptes Anwenden der Henderson-Hasselbalch Gleichung: i) Berechnen der ph-änderung bei Zugabe von Säure (mit konkreten Konzentrationen durchgeführte Repetition des Wandtafelbeispiels) ii) iii) iv) Berechnen der ph-änderung bei Zugabe von Base Qualitative Herleitung des pks einer Säure (bei 1:1 Verhältnis von Säure und konjugierter Base ist ph = pks). Aus einer Liste von Säure / konj. Base Verhältnissen und daraus gemessenem ph sollen pks bestimmt werden. v) Herstellung eines s mit gegebenem ph. Bemerkungen: Literatur: AutorIn: René M. Oetterli

2 Arbeitsblatt Berechnen des ph eines s 1) a) Es werden 0,1 mol Essigsäure und 0,1 mol Natriumacetat in einen Messzylinder gegeben und der Zylinder wird mit Wasser auf 500 ml aufgefüllt. Welchen ph hat die resultierende lösung? b) Wie verändert sich dieser ph, wenn man statt auf 500 ml auf 750 ml auffüllt? c) Was verändert sich, wenn man die Lösung verdünnt? 2) Man gibt 5,0 g Ammoniumchlorid in 100 ml einer 0,25 M Ammoniaklösung. Was für ein ph ergibt sich? Berechnung des pks einer schwachen Säure 3) Berechne den pks aus den folgenden Angaben von verschiedenen lösungen: a) [H2CO3] = 0,25 M und [HCO3 - ] = 0,50 M gemessener ph der lösung = 6,82 b) [H2PO4 - ] = 1,50 M und [HPO4 2- ] = 0,37 M gemessener ph der lösung = 6,59 c) [HCN] = 0,18 M und [CN - ] = 0,18 M gemessener ph der lösung = 9,40 d) [HS - ] = 0,16 M und [H2S] = 0,12 M gemessener ph der lösung = 7,04 e) [HNO2] = 1,35 M und [NO2 - ] = 1,35 M gemessener ph der lösung = 3,35 Herstellung einer lösung mit bestimmtem bereich 4) Wie muss das Verhältnis von Essigsäure zu Natriumacetat sein, damit die entsprechend lösung einen ph von 4,25 hat? 5) Wieviel (in mol und g) an Natriumacetat muss man einem Liter einer Essigsäure-Lösung der Konzentration [CH3COOH] = 0,05 M zugesetzt werden, damit eine lösung mit ph = 5,00 erhalten wird?

3 Benötigte Daten: Henderson-Hasselbalch Gleichung: ph = pks log ( [AH] / [A - ] ) Ammoniak: NH3 ; MG: 17,0 g/mol Ammoniumchlorid: NH4Cl ; pks: 9,24 ; MG: 53,5 g/mol ; konj. Säure zu Ammoniak Essigsäure: CH3COOH ; pks: 4,76 ; MG: 60,1 g/mol Natriumacetat:CH3COO - ; MG: 82,0 g/mol ; konj. Base zu Essigsäure Bisschen Logarithmus: log(y/z) = x y/z = 10 x Bsp: log(1) = 0, weil: 1 = 10 0 log(3,2) = 0,505, weil: 3,2 = 10 0,505

4 Lösungen zum Arbeitsblatt Berechnen des ph eines s 1) a) Es werden 0,1 mol Essigsäure und 0,1 mol Natriumacetat in einen Messzylinder gegeben und der Zylinder wird mit Wasser auf 500 ml aufgefüllt. Welchen ph hat die resultierende lösung? Man hat gleichviel Säure und konjugierte Base in der entstehenden Lösung. Das heisst, man muss die genauen Konzentrationen der beiden gar nicht berechnen. Es reicht zu wissen, dass das Verhältnis der beiden 1:1 ist. Daraus folgt dass der Logarithmus-Teil der H.H.-Gleichung log (1/1) = log (1) = 0 wird und darum wird die H.H.-Gleichung vereinfacht zu ph = pks 0 ph = 4,76 b) Wie verändert sich dieser ph, wenn man statt auf 500 ml auf 750 ml auffüllt? Überhaupt nicht. Wie schon in a) gesehen, spielt die eigentliche Konzentration keine Rolle auf für Ausgangs-pH der Lösung. Es kommt nur auf das Verhältnis von Säure und konjugierter Base an, und dieses Verhältnis ändert sich beim Verdünnen nicht. c) Was verändert sich, wenn man die Lösung verdünnt? Wie in b) beschrieben, ändert sich der Ausgangs-pH nicht, aber weil es in einer niedriger konzentrierten Lösung weniger teilchen drin hat, ist der produzierte weniger stark. Wenn man also anfängt, H + oder OH - hinzuzugeben, sind die teilchen schneller aufgebraucht und der funktioniert nicht mehr. 2) Man gibt 5,0 g Ammoniumchlorid in 100 ml einer 0,25 M Ammoniaklösung. Was für ein ph ergibt sich? 5,0 g NH4Cl = 0,093 mol NH4Cl. 0,093 mol NH4Cl in 100 ml = 0,93 M NH4Cl. Die H.H.-Gleichung wird zu: ph = pks log ( [NH4Cl] / [NH3] ) ph = 9,24 log ( 0,93 M / 0,25 M ) ph = 9,24 0,57 = 8,67

5 Berechnung des pks einer schwachen Säure 3) Berechne den pks aus den folgenden Angaben von verschiedenen lösungen: Die Angaben in die nach pks umgestellte H.H.-Gleichung eingefüllt ergeben: a) pks = 6,82 + log (0,25 M / 0,50 M) = 6,52 b) pks = 6,59 + log (1,50 M / 0,37 M) = 7,20 c) pks = ph = 9,40* d) pks = 7,04 + log (0,12 M / 0,16 M) = 6,92 e) pks = ph = 3,35* * In c) und e) ist das Verhältnis von Säure zu konjugierter Base jeweils 1:1, darum wird der Logarithmus-Teil 0 und der pks ist gleich dem gemessenen ph. Herstellung einer lösung mit bestimmtem bereich 4) Wie muss das Verhältnis von Essigsäure zu Natriumacetat sein, damit die entsprechende lösung einen ph von 4,25 hat? Man löst die H.H.-Gleichung nach log([ah]/[a - ]) auf, dann bekommt man: log ( [CH3COOH] / [CH3COO - ] ) = pks ph log ( [CH3COOH] / [CH3COO - ] ) = 4,76 4,25 = 0,51 [CH3COOH] / [CH3COO - ] = 10 0,51 = 3,23 Man muss also 3,23 mal mehr Essigsäure als Natriumacetat vorliegen haben. 5) Wieviel (in mol und g) an Natriumacetat muss man einem Liter einer Essigsäure-Lösung der Konzentration [CH3COOH] = 0,05 M zugesetzt werden, damit eine lösung mit ph = 5,00 erhalten wird? Die soweit wie möglich ausgefüllte H.H-Gleichung sieht folgendermassen aus: 5,00 = 4,76 log ( 0,05 M / [CH3COO - ] ) Die benötigte Konzentration müssen wir herausfinden, also: log (0,05 M / [CH3COO - ] ) = 5,00 4,76 = - 0,24 0,05 M / [CH3COO - ] = 10-0,24 = 0,575 0,05 M / 0,575 = [CH3COO - ] = 0,087 M 0,087 M CH3COO - 0,087 mol/l CH3COO - 0,087 mol CH3COO - = 7,13 g CH3COO -