Wärmetönung beim Verdünnen konzentrierter Schwefelsäure

Theoretische Grundlagen

Man kann Schwefelsäure mit Wasser beliebig mischen, da jedoch eine hohe Wärmeentwicklung entsteht, darf man die Schwefelsäure nur langsam durch Eingießen in Wasser verdünnen. Dabei ist die Reihenfolge "Erst das Wasser, dann die Säure" sehr wichtig, da sonst die Gefahr von lokaler Überhitzung besteht. Wasser schwimmt aufgrund seiner geringeren Dichte auf Schwefelsäure. Durch Dampfblasen, die sich an der Berührungsstelle von Wasser und Säure bilden, kann die Säure aus dem Gefäß spritzen und schwere Verletzungen verursachen.

Geräte

Becherglas (250 ml), Messzylinder (100 ml), Messzylinder (10 ml), Thermometer, Trichter

Chemikalien

konzentrierte Schwefelsäure (c = 18 mol/l), Indikatorpapier + pH-Wert Skala

Durchführung

Mit Hilfe des Messzylinders misst man 45 ml Wasser ab und gießt dieses in das Becherglas. Man bestimmt die Anfangstemperatur des Wassers. Anschließend misst man 5 ml konzentrierte Schwefelsäure ab (mit Hilfe des Trichters und dem Messzylinder (10 ml)) und gibt diese langsam zu dem Wasser hinzu. Dabei beobachtet man den Temperaturanstieg und notiert die höchste Temperatur. Zuletzt bestimmt man durch das Indikatorpapier den pH-Wert.

Beobachtung(en)

1. Anfangstemperatur des Wassers: 23,0 °C  
2. Höchste Temperatur nach Zugabe von H₂SO₄: 41,5 °C
3. pH-Wert nach Zugabe von H₂SO₄: 1

Auswertung

Die Moleküle der Schwefelsäure reagieren mit den Wassermolekülen zu H₃O⁺-Ionen und zu zwei Arten von Säurerestionen:

• HSO₄^--Ionen heißen Hydrogensulfationen
• SO₄^2--Ionen heißen Sulfationen

Aufgrund der Temperaturerhöhung kann man eine exotherme Reaktion wie folgt vermuten:

H₂SO_4(l) + H₂O_(l) H₃O⁺_(aq) + HSO₄^-_(aq)

HSO₄^-_(aq) + H₂O_(l) H₃O⁺_(aq) + SO₄^2-_(aq)

Diese Reaktionen nennt man auch Protolysen (Wanderung von H⁺-Ionen oder auch Protonen genannt).

Weiterführende Fragen

1. Berechne die Stoffmengenkonzentration der H₃O⁺-Ionen in der Lösung unter der Annahme, dass die Schwefelsäure beide H⁺-Ionen abgibt!

Kathrin Brcic Kostic