Lösungen zu Übung 12

Aufgabe 1

Zuerst die Reaktionsgleichungen für die einzelnen Fällungen aufstellen:

Sr2+ + CO32- = SrCO3 (1)

Ca2+ + CO32- = CaCO3 (2)

Damit vorerst nur CaCO3 ausfällt, muss Glg. (1) in die umgekehrte Richtung laufen:

SrCO3 = Sr2+ + CO32-

Ca2+ + CO32- = CaCO3

Addieren der beiden Reaktionen liefert dann die Gesamtreaktion

Ca2+ + CO32- + SrCO3 = CaCO3 + Sr2+ + CO32-

Wegkürzen von [CO32-] und Auflösen nach [Ca2+] ergibt:

 

Aufgabe 2

Reaktionsgleichung:

Ag2CrO4 = 2 Ag+ + CrO42-

  1. Pro CrO42--Ion werden 2 Ag+-Ionen erzeugt. Sei

    = molare Löslichkeit, [Ag+] := 2x

    Folglich


  2. Sei y die molare Löslichkeit von Ag2CrO4, wobei wieder gilt, dass [Ag+] := 2y. Die CrO42--Ionen stammen aus zwei Quellen, nämlich einerseits vom Ag2CrO4, das y mol/l liefert, und andererseits vom Na2CrO4, das 0.050 mol/l liefert. Also [CrO42-] = y + 0.050. Einsetzen in die Gleichung für KL gibt



    Dies führt zu einer kubischen Gleichung in y, die etwas mühsam zu lösen ist. Wir können jedoch folgende Näherung einführen: Da KL sehr klein ist, muss die Löslichkeit von Ag2CrO4 gering sein, insbesondere, wenn CrO42- im Überschuss vorliegt und somit das Gleichgewicht der Reaktionsgleichung auf die linke Seite verschoben wird. Wir können somit annehmen, dass y << 0.050, d.h. y + 0.050 ≈ 0.050. Damit vereinfacht sich die kubische Gleichung zu



    y = 4.5´ 10-6 M

    Die Näherung ist gerechtfertigt: y + 0.050 ≈ 0.050.
  3. Sei z die molare Löslichkeit von Ag2CrO4. Diesmal trägt Ag+ mit 0.05 mol/l zur Gesamtsilberkonzentration bei, also [Ag+] = 0.050 + 2z, und [CrO42-] = z. Wir finden

    , oder, da z << 0.050,



z = 1.6´ 10-9 M.

Anmerkung: Vergleichen von a), b) und c) zeigt, dass, wenn ein gemeinsames Ion hinzugefügt wird, die Löslichkeit im Fall b) 22mal kleiner ist als in a), aber im Fall c) 62500mal kleiner als in a). Die schlechtere Löslichkeit in c) im Vergleich zu b) beruht auf der doppelten Anzahl der Ag+-Ionen und der quadratischen Abhängigkeit des Löslichkeitsproduktes von [Ag+].

Aufgabe 3

Reaktionsgleichung:

Ni2+ + S2- = NiS

Um [Ni2+] zu erhalten, müssen wir die Sulfidionenkonzentration aus der Dissozation von Schwefelwasserstoff finden. H2S dissoziiert in zwei Schritten:

H2S = H+ + HS-

HS- = H+ + S2-

H2S = 2H+ + S2-

Die Dissoziationskonstante für die Summe beider Dissoziationsschritte, Ks12, ist das Produkt von Ks1 und Ks2:

Da der pH-Wert auf 3.0 eingestellt ist, ist [H+] = 10-3 M. Mit [H2S] = 0.10 M erhalten wir nach Umstellen der oberen Gleichung

und

Aufgabe 4

Zuerst Gleichungen der betreffenden Gleichgewichtsreaktionen formulieren:

Zn(OH)2(s) = Zn2+(aq) + 2OH-(aq)

Zn2+(aq) + 4OH- = [Zn(OH)4]2-(aq)

Wenn 0.010 mol Zn(OH)2 in Lösung gehen, liegen insgesamt 0.010 mol Zn2+-Ionen vor, wegen der hohen Komplexbildungskonstante grösstenteils in Form des [Zn(OH)4]2--Komplexes, zu einem verschwindend geringen Teil als Zn2+(aq)-Ionen. Die Konzentration von [Zn(OH)4]2- ist also näherungsweise 0.010 M. Es gilt:

Eine der Unbekannten lässt sich mit Hilfe des Löslichkeitsprodukts eliminieren. Es gilt unabhängig davon, wieviel OH- zusätzlich zugegeben wird, um Zn(OH)2 in Lösung zu bringen:

Auflösen nach [Zn2+], Einsetzen in den Ausdruck für b 4 und dann Auflösen nach [OH-] liefert

Anmerkung: Unter der Annahme, dass das [Zn(OH)4]2--Komplexion nicht gebildet würde, wäre die Zn2+-Konzentration in einer 0.043 M Lösung von OH--Ionen nur 6.5×10-15 M (zur Berechnung siehe Aufgabe 2).