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Im Auftrag des Mitglieds "Synproportionierung" soll folgende Aufgabe diskutiert werden:

Zitat

Eine Maschine produziert pro Stunde eine Lösung von 380 g Ammoniak (vermutlich in Wasser?). Diese Lösung soll durch Zugabe von 30%iger Schwefelsäure auf einen pH-Wert von 4 gebracht werden. Wie viel von der 30%igen Schwefelsäure wird dazu benötigt?

Es handelt sich dabei jedoch (noch) nicht um den Originaltext der Aufgabe. Daher wäre es zunächst einmal interessant zu erfahren, ob man mit diesen Angaben schon etwas Sinnvolles rechnen kann und wenn ja, was. Falls nein, warum nicht?

Zitat von »Friedrich Karl Schmidt«

Die Aufgabe ist insofern nicht ganz einfach, als der zu erreichende pH - Wert vorgegeben ist.

Da sehe ich auch einen Knackpunkt. Zumindest würde ich diese Angabe als einen Hinweis darauf sehen, dass es nicht besonders klug ist, hier ohne vorher nachzudenken einfach mittels "vollständiger Neutralisation" drauf loszurechnen. Denn man hat ja zunächst noch keine Vorstellung, welcher pH sich denn bei vollständiger Neutralisation genau einstellen wird. Außer dass man sicher ist, dass er "irgendwo im Sauren", also pH < 7 sein muss.

Durch ein bisschen Herumprobieren hat sich bei mir ergeben, dass sich für Lösungen mit den Anfangskonzentrationsverhältnissen NH3 / H2SO4 = 2:1 - natürlich abhängig vom Volumen der Lösung - Gleichgewichts-pH-Werte zwischen 5.5 und 6.5 einstellen. Das ist so meilenweit vom Ziel-pH weg, dass dies unmöglich die vom Aufgabensteller gewünschte Lösung sein kann. Nun ist es aber natürlich auch so, dass das nach vollständiger Neutralisation sich einstellende Gleichgewicht extrem empfindlich auf weitere Schwefelsäure-Zugabe reagiert. Anders formuliert: der Überschuss Schwefelsäure, den man braucht, ist zwar unbedingt notwendig für pH=4, aber gleichzeitig auch sehr klein.

Oder bildhaft gesprochen: man errechnet sich mit "vollständiger Neutralisation", dass man einen guten Kübel voll Schwefelsäure braucht, gibt exakt die errechnete Menge zu, misst dann z.B. pH = 5.5, aber schon bei weiterer Zugabe von wenigen Tropfen Schwefelsäure ändert sich der pH sprunghaft womöglich schon auf z.B. pH=3. Von daher finde ich, das ist auch eine ziemlich weltfremde Aufgabenstellung, weil ich prophezeihe, dass es, von der handwerklichen Seite her gesehen, nicht ganz trivial sein wird, hier den pH wenigstens einigermaßen in die Nähe von 4 zu bekommen.

Zitat

um dann abschätzen zu können ob der mMn zu erwartende Überschuss an Schwefelsäure mengenmäßig relevant ist

Gehe ich richtig in der Annahme, dass der zu erwartende Überschuss abhängig vom Gesamtvolumen der Lösung ist? Und dass es von daher auch klüger gewesen wäre, in der Aufgabenstellung ein Wasservolumen mit anzugeben?

Die Problematik dieser Aufgabe hat sich nun dadurch relativiert, dass Synproportionierung mir neue Details zukommen hat lassen. Demnach handele es sich gar nicht um eine Übungsaufgabe, sondern um ein reales Problem.: in einem Unternehmen sollen die Brudendämpfe einer Gärrestentwässerungsanlage vom Ammoniak befreit werden. Die entscheidende, neue Information ist allerdings, dass jetzt auf einmal doch kein Ziel-pH von 4 mehr gefordert wird, sondern ausschließlich vollständige Neutralisation. Damit müsste der Rechenweg offensichtlich sein.