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Autoprotolyse des Wassers

Warum leitet heißes Reinstwasser besser als kaltes? Und wie viele Hydroxid-Ionen stecken in Salzsäure?

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Reinstwasser unter Kontrolle

AFB I–II

Reinstwasser für die Halbleiterindustrie wird über seine elektrische Leitfähigkeit überwacht. Selbst vollständig entsalztes Wasser leitet den Strom geringfügig; die Leitfähigkeit nimmt mit der Temperatur deutlich zu. M1 zeigt, wie das Ionenprodukt des Wassers von der Temperatur abhängt.

M1Ionenprodukt des Wassers in Abhängigkeit von der Temperatur
01020304050600246810Temperatur ϑ in °CKW in 10⁻¹⁴ mol²/L²
Werte: 0 °C 0,115 · 10⁻¹⁴; 10 °C 0,295 · 10⁻¹⁴; 25 °C 1,0 · 10⁻¹⁴; 40 °C 2,95 · 10⁻¹⁴; 50 °C 5,5 · 10⁻¹⁴; 60 °C 9,6 · 10⁻¹⁴ mol²/L².
  1. Leiten Sie ausgehend von der Reaktionsgleichung der Autoprotolyse und dem Massenwirkungsgesetz den Ausdruck für das Ionenprodukt \(K_W\) her.
  2. Berechnen Sie mithilfe von M1 die Oxonium-Ionen-Konzentration in reinem Wasser bei 50 °C.
  3. Erläutern Sie, warum die Leitfähigkeit von Reinstwasser mit der Temperatur zunimmt, und schließen Sie aus M1 auf das Vorzeichen der Reaktionsenthalpie der Autoprotolyse.
  4. Begründen Sie, dass reines Wasser auch bei 50 °C neutral ist.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Die Konzentration des Wassers ist praktisch konstant und wird mit \(K_c\) zusammengefasst.
Hinweis zu Aufgabe b)
In reinem Wasser gilt \(c(\ce{H3O+}) = c(\ce{OH-})\), also \(K_W = c^2(\ce{H3O+})\).
Hinweis zu Aufgabe c)
Welche Gleichgewichtsverschiebung bewirkt eine Temperaturerhöhung bei einer endothermen Reaktion?Erläutern: Zusammenhänge verständlich machen.
Hinweis zu Aufgabe d)
Was bedeutet „neutral“ — ein bestimmter Zahlenwert oder ein Verhältnis?