Stoffmengenanteil x herausfinden?
Hallo!
Aufgabe: Nimm an, SO2 ist das einzige Gas, welches den pH-Wert des Regens, welcher 4,5 beträgt, beeinflusst. Berechne den Stoffmengenanteil x an Schwefeldioxid in der Luft in ppb. Gegebene Daten: Henry-Löslichkeitskonstante vom Schwefeldioxid H= 1,3 * 10^-6 mol/(L*Pa); p= 1013 hPa, pKs(H2SO3)= 1,9.
Hinweis: Nur die erste Dissoziationsstufe soll berücksichtigt werden.
Ich habe hier diese Aufgabe, die ich lösen muss. Ich vermute, es gibt zur Berechnung dieser Aufgabe 2 möglichen Lösungswege. Der erste ist über das Henry Gesetz und der andere ist über die Ermittlung der Konzentration eines Stoffes mithilfe des pH- und pKs-Werts. Ich habe aber bei beiden Lösungswegen keine Ahnung, wie ich die Aufgabe lösen kann. Ich habe über das Henry Gesetz viel recherchiert, aber ich scheiter daran, den zum Lösen der Aufgabe notwendigen Partialdruck p des Schwefeldioxids herauszufinden.
Kann mir jemand bitte helfen?
1 Antwort
Die Aufgabe umfasst doch offensichtlich 2 Teilrechnungen. Der erste Teil ist die Bestimmung derjenigen H2SO3-Konzentration, bei der sich im Regenwasser ein pH-Wert von 4,5 einstellt. Beim zweiten Teil gilt es herauszufinden, bei welchem Gehalt an SO2-Gas in der Luft sich ein Gleichgewicht einstellt, welches zu der errechneten Sulfitkonzentration im Regenwasser führt.
Den ersten Teil kann ich aus der Lamäng erledigen. Ich habe das parallel einmal über das Massenwirkungsgesetz gerechnet weil die schweflige Säure mit einem pKs von 1,9 nicht unbedingt als sehr starke Säure daherkommt und einmal über die Näherung für starke Säuren. In beiden Fällen erzielt man ein fast identisches Ergebnis. Der Einfachheit halber hier nur die Rechnung für starke Säuren. Die Protolysegleichung für die erste Protolysestufe ist:
H2SO3 + H2O ↔ HSO3⁻ + H3O⁺ (1)
Für starke Säuren nimmt man näherungsweise an, dass sie vollständig dissoziiert sind und somit das Gleichgewicht der Protolysereaktion vollständig auf der rechten Seite der Reaktion liegt. Das heißt, in diesem Fall ist alles an H2SO3 zu HSO3⁻ und H3O⁺ geworden. Es gilt daher:
c_H2SO3 = c_H3O⁺ (2)
Der pH-Wert ist nun definiert als der negative dekadische log der H3O⁺-Ionenkonzentration.
pH = -log(c_H3O⁺) (3)
Mit Gleichung (2) kann man also schreiben:
pH = -log(c_H2SO3) (4)
oder
10-pH = c_H2SO3
10-4,5 = 3,16 * 10⁻⁵
c_H2SO3 = 3,16 * 10⁻⁵ mol/L
Die Rechnung über das Massenwirkungsgesetz lieferte einen Wert von 3,17 * 10⁻⁵.
Soweit so gut... hoffe ich. Mit dem Henry bin ich nicht mehr sehr vertraut und muss nachlesen. Also dann kommt vielleicht morgen des Dramas zweiter Teil oder ein freundlicher Kollege erledigt es vorher.
Ich bedanke mich ganz herzlich bei Ihnen. Ihre Lösung ist mir sehr hilfreich und sinnvoll.
LG Biggie
Für die Löslichkeitskonstante Hcp gilt:
Hcp = cl/p
cl = 3,16 * 10⁻⁵ mol/L
Hcp = 1,3 * 10^-6 mol/(L*Pa)
Damit ergibt sich für den Partialdruck der Schwefligen Säure:
p = 24,3 Pa
Für den Zusammenhang zwischen Teilchenzahlen und Drücken gilt folgender Zusammenhang:
ni/ngesamt = pi/pgesamt
ni/ngesamt = 24,3 Pa/101300 Pa =240 ppm