Aufgabe 1 - Säure-Base-Reaktionen und pH-Wert · Abitur NRW Chemie LK · Methansäure in Entkalkungsmitteln m 2026

Methansäure in Entkalkungsmitteln mit Farbindikator

Methansäure ist Bestandteil verschiedener Entkalkungsmittel, die im Haushalt z. B. zur Entfernung von Kalkbelag in Warmwassergeräten verwendet werden. Zu diesem Zweck werden im Handel Entkalkungsmittel angeboten, die zusätzlich einen Farbindikator enthalten.

Material 1: Experimentelle Untersuchung verschiedener Lösungen

In einem Versuch wurden vier Lösungen (I bis IV) gleicher Stoffmengenkonzentration unter vergleichbaren Bedingungen untersucht: Natronlauge, Salzsäure, Methansäure ($\mathrm{HCOOH}$) und Propansäure. Der $\mathrm{p}K_\mathrm{S}$-Wert von Propansäure beträgt $4{,}87$. In einem ersten Schritt wurde Methylorange-Lösung hinzugefügt. In einem zweiten Schritt wurden Marmorstücke zu den Lösungen gegeben. Marmor besteht größtenteils aus Calciumcarbonat ($\mathrm{CaCO_3}$).

Dabei ergaben sich die folgenden Beobachtungen:

♦ nach Zugabe von Methylorange-Lösung:

Lösung: · I · II · III · IV

Färbung: · Rot · Gelborange · Rot · Orange

♦ nach Zugabe von Marmorstücken:

Lösung: · I · II · III · IV

Beobachtung: · heftige Gasentwicklung · keine Veränderung · mittelstarke Gasentwicklung · sehr schwache Gasentwicklung

Material 2: Titrationskurven verschiedener Säure-Base-Titrationen

Mit $100\text{ mL}$ der Lösungen I bis IV wurde jeweils eine Säure-Base-Titration durchgeführt. Die Stoffmengenkonzentration $c$ der Maßlösungen betrug $1{,}0\,\frac{\text{mol}}{\text{L}}$, die der jeweiligen Probelösung $0{,}1\,\frac{\text{mol}}{\text{L}}$.

Material 3: Entkalkungsmittel mit Farbindikator

Bei der Warmwasserbereitung kommt es zur Ablagerung von Kalk. Hauptbestandteil ist schwerlösliches Calciumcarbonat. Die molare Masse von Calciumcarbonat beträgt $M = 100{,}1\,\frac{\text{g}}{\text{mol}}$. Kalkablagerungen sehen nicht nur unschön aus, sie beeinträchtigen zunehmend die korrekte Funktionsweise von z. B. Kaffeemaschinen oder Wasserkochern. Daher müssen diese Geräte regelmäßig mit Entkalkungsmitteln gereinigt werden. Hierfür kommen Säuren zum Einsatz.

Ein Hersteller bietet ein Entkalkungsmittel mit Farbindikator an. Im Sicherheitsdatenblatt dieses Produktes findet man folgende Informationen:

chemische Charakterisierung: Gemisch / Mischung, wässrige Lösung

gefährliche Inhaltsstoffe: Methansäure

pH-Wert, unverdünnt: $\approx 1{,}5$

weitere Inhaltsstoffe: Methylorange

In einer Produktbeschreibung heißt es:

Rote Färbung: Aktive Entkalkung. Gelborange Färbung: Entkalkungskraft ist aufgebraucht.

Eine Anwendungsempfehlung für die Entkalkung einer Kaffeemaschine sieht vor, $125\text{ mL}$ Entkalkungsmittel mit $500\text{ mL}$ Wasser aufzufüllen.

Material 4: Methylorange

Methylorange wird als Säure-Base-Indikator verwendet. Das Farbspektrum reicht von Rot in stark sauren Lösungen über Orange im Umschlagbereich bis hin zu Gelborange.

Auszug aus einem Sicherheitsdatenblatt einer 0,1%-igen Methylorange-Indikatorlösung:

Verwendungen, von denen abgeraten wird:

Nicht für private Zwecke (Haushalt), als Nahrungsmittel, Getränk und Futtermittel verwenden.

Beschreibung des Gemischs:

Dieses Produkt entspricht keinem Kriterium für die Einstufung in eine Gefahrenklasse.

Beschreibung der Erste-Hilfe-Maßnahmen: Allgemeine Anmerkungen: Kontaminierte Kleidung ausziehen.

Nach Inhalation: Für Frischluft sorgen. Bei Auftreten von Beschwerden oder in Zweifelsfällen ärztlichen Rat einholen.

Nach Kontakt mit der Haut: Haut mit Wasser abwaschen/duschen.

Nach Berührung mit den Augen: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser ausspülen. Bei Auftreten von Beschwerden oder in Zweifelsfällen ärztlichen Rat einholen.

Nach Aufnahme durch Verschlucken: Mund ausspülen. Bei Unwohlsein Arzt anrufen.

4

4 Formulieren Sie eine Reaktionsgleichung für die Reaktion von Methansäure mit Wasser (M 1).

Berechnen Sie die Stoffmengenkonzentration von Methansäure in dem in Material 3 beschriebenen Entkalkungsmittel und leiten Sie daraus einen Sicherheitshinweis für die Anwendung ab. [6 BE]

5

5 Formulieren Sie eine Reaktionsgleichung für die Reaktion, die der Entfernung von Kalkablagerungen durch Methansäure-Lösung zugrunde liegt (M 3).

Berechnen Sie die Masse Calciumcarbonat, die laut Anwendungsempfehlung entfernt werden kann (M 3).

Hinweis: Für den Fall, dass Sie die Stoffmengenkonzentration von Methansäure im Entkalkungsmittel bei Teilaufgabe 4 nicht ermitteln konnten, gehen Sie von dem Ersatzwert $c = 6{,}0\text{ mol/L}$ aus. [5 BE]

6

6 Diskutieren Sie anhand von zwei Argumenten, ob die Beimischung von Methylorange für den Anwender von Nutzen ist (M 3, M 4). [5 BE]