Aufgabe Modul C - 2.2 · Abitur Hessen Chemietechnik LK 2021

So wie sich Kohlensäure $\mathrm{H_2CO_3}$ aus Kohlendioxid ableitet, leitet sich Methansäure $\mathrm{HCOOH}$ aus Kohlenmonoxid ab. Methansäure ist eine schwache bis mittelstarke Säure ($\mathrm{pK_S} = 3{,}77$).

Reinigungsmittel auf der Basis von Methansäure ($M = 46{,}03\;\mathrm{g/mol}$) werden in der chemischen Industrie gerne als Kalklöser zur Behandlung von Rohrleitungen, Heizkesseln oder Wärmetauschern eingesetzt. Der Gehalt an Säure in einem solchen Entkalkungsmittel, das für die Anwendung verdünnt werden muss, liegt zwischen $73\,\%$ und $78\,\%$. Dieser Massenanteil $w(\mathrm{HCOOH})$ kann mit einer Neutralisationstitration bestimmt werden. Dazu werden von einem Kanister mit Entkalkungsmittel $10\;\mathrm{mL}$ abgenommen, in einen Messkolben gegeben und auf $100\;\mathrm{mL}$ aufgefüllt. $10\;\mathrm{mL}$ davon werden mit Natronlauge-Maßlösung ($\tilde{c}(\mathrm{NaOH}) = 1{,}000\;\mathrm{mol/L}$, $t = 0{,}9980$) potenziometrisch titriert. In Material 1 findet sich die entsprechende Titrationskurve. Der Äquivalenzpunkt liegt bei $V(\mathrm{NaOH}) = 16{,}80\;\mathrm{mL}$.

Material 1

Titrationskurve der Neutralisation eines Entkalkers mit Natronlauge

Material 2

Messergebnisse der Methansäure-Konzentrationen eines Reinigungsmittels

Messung · 1 · 2 · 3 · 4 · 5

$\beta(\mathrm{HCOOH})$ in $\frac{\mathrm{g}}{\mathrm{L}}$ · 1,206 · 1,289 · 1,198 · 1,210 · 1,194

2.2 Reinigungsmittel auf der Basis von Methansäure ($M = 46{,}03\text{ g/mol}$) werden in der chemischen Industrie gerne als Kalklöser zur Behandlung von Rohrleitungen, Heizkesseln oder Wärmetauschern eingesetzt. Der Gehalt an Säure in einem solchen Entkalkungsmittel, das für die Anwendung verdünnt werden muss, liegt zwischen $73\,\%$ und $78\,\%$. Dieser Massenanteil $w(\text{HCOOH})$ kann mit einer Neutralisationstitration bestimmt werden. Dazu werden von einem Kanister mit Entkalkungsmittel $10\text{ mL}$ abgenommen, in einen Messkolben gegeben und auf $100\text{ mL}$ aufgefüllt. $10\text{ mL}$ davon werden mit Natronlauge-Maßlösung ($\tilde{c}(\text{NaOH}) = 1{,}000\text{ mol/L}$, $t = 0{,}9980$) potenziometrisch titriert. In Material 1 findet sich die entsprechende Titrationskurve. Der Äquivalenzpunkt liegt bei $V(\text{NaOH}) = 16{,}80\text{ mL}$.

2.2.1

Bestätigen Sie anhand der Titrationskurve, dass es sich bei der Säure in dem Entkalkungsmittel um Methansäure handelt. [4 BE]

2.2.2

Diskutieren Sie für die Titrationskurve die Lage des Äquivalenzpunktes bei einem pH-Wert von 8,8 unter Verwendung von Reaktionsgleichungen. [5 BE]

2.2.3

Berechnen Sie den Massenanteil an Methansäure $w(\text{HCOOH})$ in dem untersuchten Entkalkungsmittel in $\%$.

Hinweis: Wählen Sie für den Entkalker eine Dichte von $\rho = 1{,}000\text{ g/mL}$. [4 BE]

%

2.2.4

Die mehrfache Titration eines anderen Reinigungsmittels ergab die in Material 2 aufgeführten Methansäure-Konzentrationen.

Zeigen Sie mittels des Ausreißertests nach GRUBBS, dass es sich bei Messwert 2 um einen hochsignifikanten Ausreißer handelt, und geben Sie das statistisch korrekte Ergebnis für die Konzentration $\beta(\text{HCOOH})$ der Methansäure an. [6 BE]