Aufgabe 1 – Würze im Leben

Alles, was ein Gericht schmackhafter macht, gilt als „Gewürz“. Gewürze wirken verdauungsfördernd, beeinflussen positiv das Wohlbefinden, lindern Beschwerden und beugen Krankheiten vor.

Zum Würzen von Chips werden u. a. Ethansäure und Natriumacetat $Formula: (\ce{CH3COONa})$ $Formula: (\ce{CH3COONa})$ benötigt. Natriumacetat wird großtechnisch aus Ethansäure und Natriumcarbonat hergestellt. Als Nebenprodukte entstehen Kohlenstoffdioxid und Wasser.

1.1

Formuliere die Reaktionsgleichung für die großtechnische Herstellung von Natriumacetat.

2 BE

1.2

Berechne die Masse an Natriumcarbonat, die notwendig ist, um $Formula: 1\ \text{t}$ $Formula: 1\ \text{t}$ Natriumacetat herzustellen.

3 BE

1.3

Beschreibe eine Nachweismöglichkeit für Kohlenstoffdioxid.

2 BE

1.4

Experiment

Es liegen wässrige Lösungen gleicher Konzentrationen von Natriumacetat, Essigsäure und Natriumcarbonat vor.

Identifiziere alle drei Stoffe mit Hilfe von Unitest und protokolliere.

Erkläre die zu erwartenden pH-Werte der Lösungen.

Formuliere jeweils die Reaktionsgleichung.

8 BE

1.5

Nenne eine weitere Herstellungsmöglichkeit für Natriumacetat.

Formuliere die Reaktionsgleichung. Bestimme und begründe die chemische Reaktionsart.

3 BE

1.6

Beschreibe die Strukturen von Essigsäure und Natriumacetat.

2 BE

20 BE

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1.1

$Formula: \ce{2CH3COOH + Na2CO3 \rightleftharpoons 2CH3COONa + CO2 + H2O}$ $Formula: \ce{2CH3COOH + Na2CO3 \rightleftharpoons 2CH3COONa + CO2 + H2O}$

1.2

$Formula: \begin{array}[t]{rll} n(\ce{CH3COONa})&=&\dfrac{m(\ce{CH3COONa})}{M(\ce{CH3COONa})}\\[5pt] &=&\dfrac{1\cdot10^6\;\text{g}}{82\;\frac{\text{g}}{\text{mol}}}\\[5pt] &=&12195{,}1\;\text{mol} \end{array}$ $Formula: \begin{array}[t]{rll} n(\ce{CH3COONa})&=&\dfrac{m(\ce{CH3COONa})}{M(\ce{CH3COONa})}\\[5pt] &=&\dfrac{1\cdot10^6\;\text{g}}{82\;\frac{\text{g}}{\text{mol}}}\\[5pt] &=&12195{,}1\;\text{mol} \end{array}$

$Formula: \begin{array}[t]{rll} n(\ce{Na2CO3})&=&\dfrac{1}{2}\cdot n(\ce{CH3COONa})\\[5pt] &=&6097{,}6\;\text{mol} \end{array}$ $Formula: \begin{array}[t]{rll} n(\ce{Na2CO3})&=&\dfrac{1}{2}\cdot n(\ce{CH3COONa})\\[5pt] &=&6097{,}6\;\text{mol} \end{array}$

$Formula: \begin{array}[t]{rll} m(\ce{Na2CO3})&=&M(\ce{Na2CO3})\cdot n(\ce{Na2CO3})\\[5pt] &=&106\;\dfrac{\text{g}}{\text{mol}}\cdot6097{,}6\;\text{mol}\\[5pt] &=&6{,}46\cdot10^6\;\text{g}\\[5pt] &=&0{,}65\;\text{t} \end{array}$ $Formula: \begin{array}[t]{rll} m(\ce{Na2CO3})&=&M(\ce{Na2CO3})\cdot n(\ce{Na2CO3})\\[5pt] &=&106\;\dfrac{\text{g}}{\text{mol}}\cdot6097{,}6\;\text{mol}\\[5pt] &=&6{,}46\cdot10^6\;\text{g}\\[5pt] &=&0{,}65\;\text{t} \end{array}$

Für die Herstellung einer Tonne Natriumacetat sind $Formula: 0{,}65\ \text{t}$ $Formula: 0{,}65\ \text{t}$ Natriumcarbonat notwendig.

1.3

Mithilfe der Kalkwasserprobe kann CO₂ nachgewiesen werden: Die Gasprobe wird in eine Calciumhydroxid-Lösung eingeleitet. Wenn sich die Lösung daraufhin trübt, ist CO₂ vorhanden, da sich ein weißer Niederschlag aus schwer löslichem Calciumcarbonat bildet.

Hinweis: Auch andere Nachweise wie z. B. das Erlischen einer Teelichtflamme oder die Barytwasserprobe sind zulässig.

1.4

Formulieren der Reaktionsgleichungen

$Formula: \begin{array}[t]{rll} &(\text{I})&\ce{CH3COONa + H2O \rightleftharpoons CH3COOH + Na+ + OH-}\\[5pt] &(\text{II})&\ce{Na2CO3 + H2O \rightleftharpoons 2Na+ + OH- + HCO3^-}\\[5pt] &(\text{III})&\ce{CH3COOH + H2O \rightleftharpoons CH3COO- + H3O+} \end{array}$ $Formula: \begin{array}[t]{rll} &(\text{I})&\ce{CH3COONa + H2O \rightleftharpoons CH3COOH + Na+ + OH-}\\[5pt] &(\text{II})&\ce{Na2CO3 + H2O \rightleftharpoons 2Na+ + OH- + HCO3^-}\\[5pt] &(\text{III})&\ce{CH3COOH + H2O \rightleftharpoons CH3COO- + H3O+} \end{array}$

Erklären der zu erwartenden Änderungen des pH-Werts

Die Reaktionen $Formula: (\text{I})$ $Formula: (\text{I})$ und $Formula: (\text{II})$ $Formula: (\text{II})$ sind basisch, wodurch der pH-Wert steigt $Formula: (pH\gt7).$ $Formula: (pH\gt7).$

Die Reaktion $Formula: (\text{III})$ $Formula: (\text{III})$ ist sauer und der pH-Wert sinkt $Formula: (pH\lt7).$ $Formula: (pH\lt7).$

$Formula: pK_\text{S}(\ce{CH3COOH})=4{,}75\quad$ $Formula: pK_\text{S}(\ce{CH3COOH})=4{,}75\quad$	$Formula: pK_\text{B}(\ce{CH3COO-})=9{,}25$ $Formula: pK_\text{B}(\ce{CH3COO-})=9{,}25$
$Formula: pK_\text{S}(\ce{HCO3^-})=10{,}4$ $Formula: pK_\text{S}(\ce{HCO3^-})=10{,}4$	$Formula: pK_\text{B}(\ce{CO3^2-})=3{,}6$ $Formula: pK_\text{B}(\ce{CO3^2-})=3{,}6$

Durch Vergleichen der pK_S- bzw. der pK_B-Werte ist ersichtlich, dass Carbonat-Ionen in Reaktion $Formula: (\text{II})$ $Formula: (\text{II})$ stärker basisch als Acetat-Ionen in Reaktion $Formula: (\text{I})$ $Formula: (\text{I})$ reagieren.

Experiment:

Durchführung
Identifizieren
Protokollieren

1.5

Nennen einer weiteren Herstellungsmöglichkeit für Natriumacetat

In Wasser reagiert Essigsäure mit Natriumhydroxid zu Natriumacetat und Wasser.

Formulieren der Reaktionsgleichung und Bestimmung der Reaktionsart

$Formula: \ce{CH3COOH + NaOH \rightleftharpoons Na+ + CH3COO- + H2O}$ $Formula: \ce{CH3COOH + NaOH \rightleftharpoons Na+ + CH3COO- + H2O}$

Es handelt sich um eine Säure-Base-Reaktion (Protolyse), da Protonen übertragen werden.

Hinweis: Auch alternative Herstellungsmethoden sind zulässig.

1.6

Essigsäure besteht aus polaren Molekülen, welche über Wasserstoffbrücken wechselwirken können.

Natriumacetat besteht hingegen aus Natrium-Kationen und Acetat-Anionen, welche ein festes Ionengitter bilden.

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