Chemie-Arbeitsblatt _ _ Klasse _ _ _ Name ________________________________Datum _ _ ._ _._ _
 

Wie viel Natriumhydrogencarbonat enthält eine Vitamin-C-Tablette?
 
Viele Menschen nehmen zur Nahrungsergänzung Vitamin- oder Mineralstoff-Tabletten zu sich. Damit sich daraus ein schmackhaftes Getränk ergibt, reagiert Natriumhydrogencarbonat mit Citronensäure unter Entwicklung von Kohlenstoffdioxid zu einem prickelnden Geschmack, der mit Aroma- und Süßstoffen abgerundet wird.
Versuch: Eine abgewogene Stoffportion einer Vitamin-C-Tablette wird in einem Rggl. mit seitlichem Ansatz in 50 ml Wasser gelöst und das freiwerdende Kohlenstoffdioxid-Gas in einem Kolbenprober aufgefangen und gemessen.
Geräte: Stativmaterial, Rggl. mit seitl. Ansatz, Messzylinder, aqua dest, Kolbenprober, Schlauchmaterial, Waage.
Durchführung: In das eingespannte Rggl. mit seitlichem Ansatz werden 50 ml aqua dest. eingefüllt. Danach wird ein ca. 1 g schweres  Tablettenstück eingeworfen. Nach dem Ende des Lösungsvorgangs
Inhaltsangabe einer handelsüblichen Vitamin C-Tablette: Säuerungsmittel Citronensäure, Natrium-
hydrogencarbonat, Oligofruktose (Zucker), Vitamin C (4,5 g/100 g), Stärke, Süßstoff Natriumcyclamat, Aroma, Süßstoff Saccharin-Natrium, Farbstoff Riboflavin-5'-Phosphat.
wird das entstandene Kohlenstoffdioxid in die Luft abgelassen und der Kolbenprober auf Null gestellt. Ein neues, abgewogene Stück Vitamin-C-Tablette wird in das Rggl. geworfen und sofort der Stopfen fest auf das Rggl. gedrückt. Das Rggl. dabei zum Ende des Lösungsvorgangs leicht mit einer Hand geschüttelt! Das entstandene Volumen CO2-Gas wird notiert.

1. Rechenschritt: Umrechnung des gemessenen Volumens an Kohlendioxid in die Stoffportion m(CO2): 

Arbeitsaufträge: 1. Forme die Gleichung für die Dichte ρ = m/V [g/L] um und löse sie nach m = ________ auf.
2. Berechne die Stoffportion m(CO2) aus dem abgelesenen Volumenwert. Die Dichte k(CO2) beträgt 1,83 g/L bei 20 °C und 1013 hPa. Erinnere dich: die Dichte hat die Einheit g/L, ein Messergebnis wurde in Milliliter ml gemessen.
Messwerte:
m (Tablette): _____________ g
entstandenes Volumen V(CO2) = _______ ml
1. Zwischenergebnis: Aus ______________ g Vitamin-C-Tablette ntstanden _____________ g CO2(g). Für die weitere Auswertung müssen nun die
 Molaren Massen der beteiligten Stoffe berechnet werden. Die Molare Masse einer Verbindung ist die Summe der Atommassen in der Einheit g/mol.
Beispiel Citronensäure: [unter Verwendung gerundeter Werte!]
M(Citronensäure) = (6*M(C)) + (8*M(H)) + (7*M(O))
M(Citronensäure) = (6*12 g/mol) + (8*1g/mol) + (7*16g/mol)
                             = _________________ g/mol
Molare Masse M(Citronensäure) =___________ g/mol; Molare Masse M(CO2) = _______ g/mol;
Molare Masse M(NaHCO3) = ____________ g/mol

2. Schritt: Aufstellung der Reaktionsgleichung: Hinweis: Die Koeffizienten ergeben sich der letzten Formel!
                                 C6H8O7  +    ___ NaHCO3   —> ____ ______  +    ____ ______  + C6H5O7Na3(aq)
Molare Massen: ______ g/mol + ______ g/mol     —> ________ g/mol +     ______ g/mol + _______ g/mol

Kontrolle: Summe links:________________ g/mol                    Summe rechts:____________ g/mol
Nach der Stöchiometrischen Gleichung entstehen also aus ____ Mol Citronensäure und ____ Molen Natriumhydrogencarbonat _____ Mole CO2 = ___________ g CO2 .

3. Schritt: Berechnung der Stoffmenge n = m/M  Die freigesetzte Stoffportion von m(CO2) = ____________ g entspricht n(CO2) = ________________mol
Wenn n(CO2) = ______________ mol ist, dann ist nach der Reaktionsgleichung n(NaHCO3) = ____________ mol.
Umrechnung von n(NaHCO3) über m= _______ : m(NaHCO3) = ______________ g4. Schritt: Bestimmung des Massenanteil ω(NaHCO3) an der Tablette: 
Die Masse der Tabletteneinwaage betrug: ____________ g = _____ % .Dann entsprechen ____________ g  NaHCO3 _______ %.

Gesamtergebnis: Massenanteil ω(NaHCO3) = _______________ %

Arbeitsaufträge:
1. Berechne die Stoffportion m und den Massenanteil T Citronensäure in der Tablette.
2. Wie hoch ist der Massenanteil der anderen Stoffe zusammen? Siehe dazu die obige Inhaltsangabe!
 

Lösungen:
 
1. Rechenschritt:

Arbeitsaufträge:
1. Aus ρ = m/V [g/L] wird: m = ρ * V ;
2. Berechnung der Stoffportion m(CO2): m(CO2) = 1,83 g/L * 0,085 L  (Durchschnittswert aus 10 Schülerversuchen)

m(CO2) = 0,1555 g CO2; Dieser Masse an CO2 entspricht die Durchschnittsmasse von 10 Tablettenstücken der Vitamin-C-Tablette: 0,88 g

1. Zwischenergebnis: Aus 0,88 g Vitamin-C-Tabletten entstehen 0,1555 g CO2 ;

Die Molare Masse der Citronensäure: 192 g/mol;
Die Molare Masse von CO2 : 44 g/mol;
Die Molare Masse von NaHCO3: 84 g/mol;

2. Schritt: Aufstellung der Reaktionsgleichung:

                                 C6H8O7   +  3 NaHCO3   —> 3  CO2    +   3 H2O    + C6H5O7Na3(aq)

Molare Massen:     192 g/mol   + 252 g/mol      ----> 132 g/mol + 54 g/mol  + 258 g/mol

Kontrolle:              Summe links:  444 g/mol                                    Summe rechts: 444 g/mol

Nach der Stöchiometrischen Gleichung entstehen also aus 1 Mol Citronensre und 3 Molen Natriumhydrogencarbonat 3 Mole CO2 = 132 g CO2 .

3. Schritt: Berechnung der Stoffmenge n = m/M

Die freigesetzte Stoffportion von m(CO2) =  0,1555 g entspricht n(CO2) = 0,003535 mol = 3,535 mmol
Wenn n(CO2) = 0,003535  mol ist, dann ist nach der Reaktionsgleichung n(NaHCO3) = 0,003535 mol.
Umrechnung von n(NaHCO3) über m= n * M : m(NaHCO3) = 0,29696 g

4. Schritt: Bestimmung des Massenanteil ω(NaHCO3) an der Tablette: 

Die Masse der Tabletteneinwaage betrug: 0,88 g = 100 % . Dann entsprechen 0,2969 g  NaHCO3 = 33,74 % ≈ 34 %
Gesamtergebnis: Massenanteil ω(NaHCO3) = 34 %

Arbeitsaufträge:
1. Berechne die Stoffportion m und den Massenanteil ω(Citronensäure) in der Tablette.

Die in der Reaktion freigesetzte Stoffmenge n(CO2) betrug: n(CO2) = 3,535 mmol

Nach der Reaktionsgleichung kommen auf 3 Mol CO2 ein (1) Mol Citronensäure;
also beträgt die Stoffmenge n(Citronensäure) = 1/3 mol CO2 = 1,178 mmol

Nach m=n*M ist dann die Stoffportion Citronensäure: m(Citronensäure) = 1,178 mmol * 192 g/mol /1000 = 0,226 g

Damit ist der Massenanteil Citronensäure ω(Citronensäure): 25,71 % bei einer Tablettenmasse von 0,88 g = 100% .

2. Wie hoch ist der Massenanteil der anderen Stoffe zusammen? Siehe dazu die obige Inhaltsangabe!

Massenanteil ω(NaHCO3):  34 %
 Massenanteil ω(Citronensäure): 25,71 %

Massenanteil ω(Vitamin C): 4,5 % laut Verpackungsangabe

Dann beträgt der Massenanteil von Oligofruktose (Zucker), Stärke, Süßstoffen, Aroma- und Farbstoffen zusammen:

100% - 64,21 = 35,79%

Siehe dazu auch die Versuchsergebnisse aus einer Reihe von Schülerversuchen.

update: 21.02.21                                                                      zurück        zur Hauptseite