Frage von mirabellina, 72

Komme bei pH Berechnung nicht weiter?

Komme bei vollgender Aufgabenstellung nicht weiter ..

Wie viele Liter Chlorgas müssen in Wasserstoff verbrannt werden, wenn das Reaktionsprodukt, in ein Liter Wasser eingeleitet, eine Lösung mit einem pH-Wert von 1.8 erbenen soll?

So lautet die Aufgabe. Ich weiss das Chlorgas und Wasserstoff HCl ergeben und konnte auch die Konzentration ausrechnen. Aber wie komme ich nun auf die Menge Liter von Chlorgas?

Danke für die Hilfe !

Expertenantwort
von vach77, Community-Experte für Chemie, 31

Eigentlich ist die Aufgabe nicht lösbar, denn es fehlt die Angabe zum molaren Volumen eines Gases. user21011982 hat einen guten Vorschlag (SATP-Bedingungen!) gemacht, den man für die Lösung braucht.

Gehe wie folgt vor:

a) Berechnung von c(Oxoniumionen) für pH = 1,8

b) Aufstellung der Reaktionsgleichung, die zur Bildung von HCl führt

c) Da die Lösung von a) der gebildeten Stoffmenge n(HCl) vor der Lösung in Wasser entspricht, jetzt mithilfe der Reaktionsgleichung n(Chlorgas) berechnen.

d) Berechnung von V(Chlorgas) mit den Angaben von user21011982.

Expertenantwort
von SlowPhil, Community-Experte für Mathematik, 25

M. E. ist es eher der Wasserstoff, der in Chlor verbrennen muss (Chlor hat die größere EN), aber für die Aufgabenstellung ist das ja egal.

Du musst eine Konzentration von 10^{–1,8} mol/l H_3O^+ erreichen, brauchst hier also

2n = 10^{–1,8} ≈ 1,6×10¯² mol

Protonen, was zu grob überschlagen

n = 8×10¯³ mol

H_2 und ebenso viel Cl_2 führt. Das Volumen kannst Du näherungsweise mit dem idealen Gasgesetz

pV = nRT <=> V = nRT/p

ausrechnen, wobei eine grobe Überschlagsrechnung mit

R = k_B N_A ≈ 8 J/{Kmol},

T = 300 K,

p = 10^5 Pa

zu

1,92×10^{-4} m³ = 192 ml

von jedem Gas, was mir zwar wenig vorkommt, aber das muss nicht viel heißen.

Kommentar von indiachinacook ,

M. E. ist es eher der Wasserstoff, der in Chlor verbrennen muss (Chlor hat die größere EN), aber für die Aufgabenstellung ist das ja egal.

Praktisch wird die HCl-Synthese so durchgeführt, daß man Chlor in einer H₂-Atmosphäre verbrennt („inverser Bunsenbrenner“).

Kommentar von SlowPhil ,

Man lernt nicht aus. Das Oxidationsmittel ist aber doch trotzdem das Chlor, od'r?

Expertenantwort
von indiachinacook, Community-Experte für Chemie, 26

Du hast zwei Reaktionen:

H₂ + Cl₂  ⟶  2 HCl

ist die Chlorknallgasreaktion und liefert HCl. In einer zweiten Reaktion soll das in Wasser gelöst werden, wobei sich eine saure Lösung (Salz­säure) bildet

HCl + H₂O   ⟶   H₃O⁺ + Cl⁻

Die Salzsäure soll pH=1.8 haben, also mit c=10⁻¹·⁸=0.0158 mol/l. Ein Liter enthält also 0.0158 mol H₃O⁺, und dazu hat es gleich viel mol HCl ge­braucht. Wir müssen also in der Chlor­knallgas­reaktion soviel Cl₂ einsetzen, daß 0.0158 mol HCl rauskommen.

Aus einem Mol Cl₂ entstehen genau zwei Mol HCl. Folglich brauchen wir 0.00792 mol Cl₂. Wenn Du weißt, unter welchem Druck und welcher Tem­pera­tur das vorliegt, dann kannst Du es mit p·V=nRT auf Volumen um­rech­nen. Bei 25°C/1 bar wären das z.B. 0.20 Liter.

Antwort
von user21011982, 56

Das molare Volumen eines (idealen) Gases beträgt unter SATP-Bedingungen 24,465 L/mol. Folglich haben (10⁻¹'⁸/2) mol ein Volumen von...

Kommentar von user21011982 ,

Gegenfrage: war das so verständlich, oder nicht ausführlich genug? 

Kommentar von indiachinacook ,

Wenn ich nicht wüßte, wie es geht, hätte ich mit der Angabe ½·10⁻¹·⁸ mol wohl nicht viel anfangen können. ☺

Kommentar von user21011982 ,

Ich hatte gedacht, die Stöchiometrie der Reaktion sei verstanden, die Konzentration bekannt und es würde nur daran haken, die Stoffmenge an Chlor in ein Volumen umzurechnen. Dann wäre es nicht schwierig gewesen, die (10⁻¹'⁸/2) mol einzuordnen. 

Vielleicht war das aber zu "bequem" ausgelegt. Daher die Frage.  

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