Carbonsäuren Übungen - Ameisensäure
Von: Christopher Müller, Isabel Puchinger, Tom Fleckenstein
Stand: 16.08.2017 |Bildnachweis
Ameisensäure muss in Behältern mit speziellen, gasdurchlässigen Verschlüssen in gut belüfteten Räumen aufbewahrt werden, da sie langsam in giftiges Kohlenmonoxid und Wasser zerfällt. Formuliere die Reaktionsgleichung. Wie ändert sich die Oxidationszahl des Kohlenstoffs bei dieser Reaktion?
Interpretation: Das einzige Edukt der Reaktion ist Ameisensäure, die Produkte sind CO und H2O.
Es ergibt sich unmittelbar folgende Gleichung: Es ergibt sich folgende Gleichung: HCOOH —> CO + H2O. Die Oxidationszahl des Kohlenstoff ändert sich nicht. Der Zerfall lässt sich übrigens durch konzentrierte Schwefelsäure beschleunigen. Tatsächlich gewinnt man im Labor CO, indem man Ameisensäure zu konzentrierter Schwefelsäure tropft.
Du bist Chemie-Ingenieur in einem Betrieb, der große Mengen verdünnter Essigsäure zum Neutralisieren verwendet. Für 1.000 kg 99,9%ige Essigsäure bezahlst du 600 Euro. Nun überlegst du, ob du nicht auf Ameisensäure umstellen solltest. 1.000 kg 85%-ige Ameisensäure würden nämlich nur 520 Euro kosten. Ist das eine gute Idee?
Tipp: Da du nicht genau weißt, für was für eine Neutralisations-Reaktion die Säuren eingesetzt werden sollen, nimm mal an, dass beide Säuren gleichermaßen verwendbar sind.
Ja, ein Umstieg könnte sich lohnen.
Ameisen- und Essigsäure sind beide einprotonige Säuren und damit für unsere Zwecke gleichwertig. Wir müssen uns also nur ansehen, welche Stoffmenge an Säure wir für unser Geld bekommen. Da die Ameisensäure weniger konzentriert ist, enthält eine Tonne nur 850 kg Säure.
Nun errechnen wir für beide Säuren die Stoffmenge. Die molare Masse der Ameisensäure beträgt 46 g/mol, die der Essigsäure 60 g/mol. 850 kg Ameisensäure sind damit 850 kg*mol/46 g = 18,5 kmol, 1.000 kg Essigsäure sind 1.000 kg*mol/60 g = 16,7 kmol. 1 kmol Ameisensäure kostet uns damit also 520 €/18,5 = 28,1 € und 1 kmol Essigsäure 600 €/16,7 = 35,9 €.
Die Ameisensäure ist deutlich billiger als die Essigsäure. Da die Ameisensäuremoleküle wesentlich leichter als die Essigsäuremoleküle sind, bekommen wir mehr "Säure" pro Tonne auch wenn der Preis pro Tonne (umgerechnet auf konzentrierte Säure) höher ist.
In der Praxis muss man sich so eine Umstellung natürlich sehr genau überlegen. Die Umstellung selbst verursacht Kosten (Prozessdokumentationen müssen geändert werden, Mitarbeiter geschult und Dosieranlagen angepasst werden) und die relativen Weltmarktpreise der beiden Rohstoffe können sich in der Zukunft schnell ändern.