Aufgabe 1 - Säure-Base-Titration und Analytik · 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.

1

1 Ordnen Sie die Lösungen I bis IV den in Material 1 genannten Lösungen mithilfe der Beobachtungen beider Versuchsreihen begründet zu (M 1, M 3, M 4). [11 BE]

Lösung

Zugeordnete Lösung

Lösung I

Lösung II

Lösung III

Lösung IV

2

2 Geben Sie vier Hinweise, die bei der Durchführung der in Material 1 beschriebenen Untersuchung zu beachten waren, damit vergleichbare Ergebnisse erzielt werden konnten. Begründen Sie. [6 BE]

3

3 Ordnen Sie die Titrationskurven A bis D den in Material 1 genannten Lösungen zu (M 1, M 2).

Kurve

Zugeordnete Lösung

Kurve A

Kurve B

Kurve C

Kurve D

Begründen Sie Ihre Zuordnung bei Methansäure-Lösung anhand

eines typischen Punktes im Kurvenverlauf und

der Berechnung eines zur Titrationskurve passenden pH-Wertes (M 1, M 2).

[7 BE]

$\text{pH}_{\text{Anfang}} =$