Salzgehalt einer Lösung durch Eindampfen
Im Winter streut der kommunale Winterdienst in Dortmund Streusalz auf die Straßen. Ein Teil davon landet im Abwasser. Wie kann das Gewässeramt herausfinden, wie viel Salz in einer Wasserprobe gelöst ist, obwohl man das Salz im Wasser gar nicht sehen kann? Die Antwort ist überraschend einfach: Man lässt das Wasser verschwinden und wiegt, was übrig bleibt.
Das Prinzip des Eindampfens
Eine Salzlösung besteht aus Wasser (dem Lösemittel) und gelöstem Salz. Beim Erhitzen verdampft das Wasser, das Salz aber nicht: Salze haben sehr hohe Schmelz- und Siedetemperaturen, weil die Ionen im Ionengitter stark zusammenhalten. Zurück bleibt ein fester Rückstand.
Der Versuch läuft so ab:
-
Wiege die leere, trockene Porzellanschale ($m_1$).
-
Gib eine abgemessene Menge Lösung hinein und wiege erneut ($m_2$).
-
Erhitze vorsichtig (Schutzbrille und Kittel!), bis alles Wasser verdampft ist. Lass die Schale abkühlen.
-
Wiege die Schale mit dem trockenen Salz ($m_3$).
Aus den drei Wägungen ergibt sich alles Weitere:
Zur Bestimmung des Salzgehalts einer Lösung wird die Lösung in einer Porzellanschale erhitzt, bis das Wasser vollständig verdampft ist. Beschreibe in drei bis vier…
Zur Bestimmung des Salzgehalts einer Lösung wird die Lösung in einer Porzellanschale erhitzt, bis das Wasser vollständig verdampft ist. Beschreibe in drei bis vier Sätzen, was nach dem Eindampfen in der Schale zurückbleibt und welche Größen du wiegen musst, um den Gehalt zu berechnen.
Massenanteil berechnen
Wie salzig ist eine Lösung? Man gibt den Gehalt an. Die erste Möglichkeit ist der Massenanteil.
Man kann die Formel auch umstellen: Aus $w$ und der Masse der Lösung folgt $m_\text{Salz} = w \cdot m_\text{Lösung}$. So lösen wir auch Aufgaben, in denen Wasser zugegeben oder entfernt wird.
Eine Kochsalzlösung hat eine Masse von $50{,}0\ \text{g}$. Nach dem vollständigen Eindampfen bleiben $4{,}0\ \text{g}$ Kochsalz zurück. a) Berechne die Masse des…
Eine Kochsalzlösung hat eine Masse von $50{,}0\ \text{g}$. Nach dem vollständigen Eindampfen bleiben $4{,}0\ \text{g}$ Kochsalz zurück.
- a) Berechne die Masse des verdampften Wassers.
- b) Berechne den Massenanteil $w$ von Kochsalz in der Lösung in Prozent.
Aus dem Meer vor Sylt wird eine Probe von $200{,}0\ \text{g}$ Meerwasser entnommen. Nach dem Eindampfen bleiben $6{,}8\ \text{g}$ Salzrückstand. a) Berechne den…
Aus dem Meer vor Sylt wird eine Probe von $200{,}0\ \text{g}$ Meerwasser entnommen. Nach dem Eindampfen bleiben $6{,}8\ \text{g}$ Salzrückstand.
- a) Berechne den Massenanteil der Salze im Meerwasser in Prozent.
- b) Wie viel Kilogramm Salz könnte man aus $1{,}0\ \text{m}^3$ Meerwasser gewinnen? Nimm die Dichte $1{,}03\ \text{g/cm}^3$ an.
Eine Salzlösung der Masse $80{,}0\ \text{g}$ enthält $12\ \%$ Salz. Es werden $20{,}0\ \text{g}$ Wasser durch Erhitzen entfernt (das Salz bleibt gelöst). a) Berechne die…
Eine Salzlösung der Masse $80{,}0\ \text{g}$ enthält $12\ \%$ Salz. Es werden $20{,}0\ \text{g}$ Wasser durch Erhitzen entfernt (das Salz bleibt gelöst).
- a) Berechne die Masse des Salzes.
- b) Berechne den neuen Massenanteil des Salzes in der Lösung.
- c) Wie viel Wasser müsste man insgesamt verdampfen, damit der Massenanteil $30\ \%$ beträgt?
Massenkonzentration berechnen
Oft misst man nicht die Masse der Lösung, sondern ihr Volumen, zum Beispiel mit einer Pipette oder einem Messzylinder. Dann gibt man den Gehalt als Massenkonzentration an. Das kennst du vom Etikett einer Mineralwasserflasche.
Wenn du beide Größen brauchst, verbindet die Dichte $\rho = \dfrac{m}{V}$ Masse und Volumen. Meerwasser hat zum Beispiel etwa $\rho = 1{,}03\ \text{g/cm}^3$. Dann gilt: $1\ \text{m}^3 = 1.000\ \text{L}$ hat die Masse $1.030\ \text{kg}$.
Eine Schülerin dampft $20{,}0\ \text{mL}$ einer Salzlösung ein. Die leere Porzellanschale wiegt $35{,}20\ \text{g}$, nach dem Eindampfen und Abkühlen wiegt die Schale…
Eine Schülerin dampft $20{,}0\ \text{mL}$ einer Salzlösung ein. Die leere Porzellanschale wiegt $35{,}20\ \text{g}$, nach dem Eindampfen und Abkühlen wiegt die Schale mit Salz $35{,}92\ \text{g}$.
- a) Berechne die Masse des Salzes.
- b) Berechne die Massenkonzentration $\beta$ des Salzes in $\text{g/L}$.
Eine Mineralwasserprobe von $250\ \text{mL}$ wird in einer Schale eingedampft. Die leere Schale hat die Masse $42{,}15\ \text{g}$, mit dem trockenen Rückstand…
Eine Mineralwasserprobe von $250\ \text{mL}$ wird in einer Schale eingedampft. Die leere Schale hat die Masse $42{,}15\ \text{g}$, mit dem trockenen Rückstand $42{,}43\ \text{g}$.
- a) Berechne die Masse des gelösten Salzes und die Massenkonzentration in $\text{g/L}$.
- b) Auf dem Etikett steht ein Gehalt an gelösten Mineralstoffen von $1{,}2\ \text{g/L}$. Vergleiche mit deinem Ergebnis und nenne zwei mögliche Fehlerquellen beim Versuch.
Auswerten, bewerten und Fehlerquellen
Ein Versuchsprotokoll verlangt nicht nur die Rechnung, sondern auch die Beurteilung des Ergebnisses. Vergleiche es mit bekannten Werten, etwa dem Etikett einer Mineralwasserflasche oder einem Grenzwert. Frage dich dann: Wo können Fehler entstanden sein?
| Fehlerquelle | Wirkung auf den Rückstand | Folge für den Gehalt |
|---|---|---|
| Wasser nicht vollständig verdampft | zu schwer | Gehalt zu hoch |
| Salz spritzt beim Erhitzen aus der Schale | zu leicht | Gehalt zu niedrig |
| Schale beim Wiegen noch warm | Auftrieb durch warme Luft, Anzeige zu klein | Gehalt zu niedrig |
| Rückstand nimmt Feuchtigkeit aus der Luft auf | zu schwer | Gehalt zu hoch |
| Volumen ungenau abgemessen | $V$ falsch | $\beta$ falsch |
Eine Schülergruppe bestimmt den Salzgehalt einer Lösung. Sie messen: Masse der leeren Schale $m_1 = 38{,}40\ \text{g}$; Schale mit $25{,}0\ \text{mL}$ Lösung…
Eine Schülergruppe bestimmt den Salzgehalt einer Lösung. Sie messen: Masse der leeren Schale $m_1 = 38{,}40\ \text{g}$; Schale mit $25{,}0\ \text{mL}$ Lösung $m_2 = 63{,}95\ \text{g}$; Schale nach dem Eindampfen $m_3 = 40{,}95\ \text{g}$.
- a) Berechne die Masse der Lösung, die Masse des Salzes und die Masse des Wassers.
- b) Berechne den Massenanteil des Salzes und die Massenkonzentration in $\text{g/L}$.
- c) Das Salz wurde nach dem Eindampfen noch warm gewogen. Beurteile begründet, wie sich das auf das Ergebnis auswirkt.
Eine Lösung enthält zwei Salze, aber nur die Gesamtmasse nach dem Eindampfen ist bekannt: $100{,}0\ \text{g}$ Lösung hinterlassen $9{,}0\ \text{g}$ Rückstand. Ein Teil…
Eine Lösung enthält zwei Salze, aber nur die Gesamtmasse nach dem Eindampfen ist bekannt: $100{,}0\ \text{g}$ Lösung hinterlassen $9{,}0\ \text{g}$ Rückstand. Ein Teil des Rückstands, $3{,}0\ \text{g}$, wird in Wasser gelöst, dabei bleiben $0{,}9\ \text{g}$ ungelöst (schwer lösliches Salz).
- a) Berechne den Massenanteil des gesamten Salzgehalts der Ausgangslösung.
- b) Berechne, wie viel Prozent des Rückstands aus dem schwer löslichen Salz bestehen.
- c) Berechne die Masse des schwer löslichen Salzes in $100{,}0\ \text{g}$ der Ausgangslösung, wenn die Zusammensetzung des Rückstands einheitlich ist.
Ein Gewässeramt im Ruhrgebiet prüft eine Abwasserprobe. Aus $500\ \text{mL}$ Probe bleiben nach dem Eindampfen bei $105\ ^\circ\text{C}$ $1{,}85\ \text{g}$ Rückstand.…
Ein Gewässeramt im Ruhrgebiet prüft eine Abwasserprobe. Aus $500\ \text{mL}$ Probe bleiben nach dem Eindampfen bei $105\ ^\circ\text{C}$ $1{,}85\ \text{g}$ Rückstand. Der Grenzwert für gelöste Salze beträgt $3{,}0\ \text{g/L}$.
- a) Berechne die Massenkonzentration der gelösten Stoffe und beurteile, ob der Grenzwert eingehalten wird.
- b) Berechne, auf welches Volumen man $1{,}0\ \text{L}$ der Probe mit reinem Wasser verdünnen müsste, um genau den Grenzwert zu erreichen, falls er überschritten wird, bzw. auf welches Volumen man eindampfen dürfte, bis er erreicht ist, falls er eingehalten wird.
- c) Erkläre, warum beim Eindampfen auch flüchtige gelöste Stoffe das Ergebnis verfälschen können.
Zurück zum Anfang: Das Gewässeramt wiegt die leere Schale, dampft eine abgemessene Probe ein und wiegt den Rückstand. Aus der Salzmasse und dem Probenvolumen berechnet es die Massenkonzentration und vergleicht sie mit dem Grenzwert.