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Chemie · Jahrgang 13 · Basiswissen

Säure-Base-Reaktionen: Protolyse, pH-Wert und Titration

Das lernst du

  1. Ich beschreibe Säure-Base-Reaktionen nach Brønsted als Protonenübergang und finde korrespondierende Säure-Base-Paare.
  2. Ich leite aus dem Bau eines Teilchens ab, ob es als Säure, als Base oder amphoter wirkt.
  3. Ich weise Chlorid-, Bromid-, Carbonat-, Hydroxid-, Oxonium- und Ammonium-Ionen nach.
  4. Ich wende das Massenwirkungsgesetz auf Protolysen an und deute Säurekonstante und pKs-Wert.
  5. Ich leite das Ionenprodukt des Wassers her und berechne den pH-Wert starker Säuren.
  6. Ich bestimme mit einer Säure-Base-Titration die Konzentration einer Säure oder Lauge.
  7. Ich berechne pOH-Wert, pKB-Wert und den pH-Wert schwacher Säuren und Basen (Leistungskurs).
  8. Ich deute Titrationskurven und erkläre Puffersysteme (Leistungskurs).
  9. Ich erkläre mehrstufige Protolyse, den induktiven Effekt und den pH-Wert von Salzlösungen (Leistungskurs).

Merksätze

Protolyse

Eine Säure gibt ein Proton ab, eine Base nimmt es auf.

Beide bilden ein korrespondierendes Paar, die Reaktion ist umkehrbar.

Bau und Funktion

Eine Säure hat ein polar gebundenes Wasserstoffatom, eine Base ein freies Elektronenpaar.

Ampholyte haben beides.

Nachweise

Silbernitrat fällt Chlorid weiß und Bromid gelblich.

Carbonat gibt mit Säure Gas, Ammonium mit Lauge Ammoniak.

Säurekonstante

Ks = c(H₃O⁺) · c(A⁻) : c(HA), Wasser steht nicht im Bruch.

Je kleiner pKs, desto stärker die Säure.

pH-Wert

pH = −lg c(H₃O⁺). Eine pH-Stufe ist der Faktor 10. Bei 25 Grad Celsius gilt Kw = 10⁻¹⁴.

Titration

Am Äquivalenzpunkt gilt n(H₃O⁺) = n(OH⁻).

Daraus folgt c(Säure) = c(Lauge) · V(Lauge) : V(Säure).

Schwache Säuren und Basen

Es gilt pH + pOH = 14. Für schwache Säuren gilt die Näherung pH = ½ · (pKs − lg c₀).

Kurve und Puffer

Am Halbäquivalenzpunkt gilt pH = pKs.

Ein Puffer aus schwacher Säure und ihrer Base fängt Säure und Lauge ab.

Stufen, Substituenten, Salze

Jede Protolysestufe ist schwächer als die vorige.

Hydratisierte Metall-Ionen sind Säuren, Anionen schwacher Säuren Basen.

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Säure-Base-Reaktionen: Protolyse, pH-Wert und TitrationProtolyseWas weißt du dazu? Erst selbst sagen, dann umdrehen.

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So geht es – ein Beispiel je Aufgabenart

Protolyse: Protonenübergang und korrespondierende Paare

In der Protolyse HPO₄²⁻ + H₃O⁺ → H₂PO₄⁻ + H₂O gibt es zwei Teilchen mit je einer Rolle. Welche Rolle hat H₃O⁺?

  1. Eine Säure gibt ein Proton ab, eine Base nimmt eines auf.
  2. H₃O⁺ wird vor und nach der Reaktion verglichen.
  3. H₃O⁺ verliert ein Proton: Säure.

Ergebnis: Säure, es gibt ein Proton ab

Bau von Säure- und Base-Teilchen, Ampholyte

Das Teilchen HSO₃⁻ besitzt ein polar gebundenes Wasserstoffatom und ein freies Elektronenpaar, mit dem ein Proton gebunden werden kann. Welche Funktion kann es nach Brønsted übernehmen?

  1. Ein abspaltbares Wasserstoffatom: ja.
  2. Ein freies Elektronenpaar zur Protonenaufnahme: ja.
  3. Beides vorhanden: Ampholyt.

Ergebnis: Ampholyt, es kann Protonen abgeben und zugleich aufnehmen

Nachweisreaktionen für Ionen

Welche Beobachtung gehört zum Nachweis von Oxonium-Ionen?

  1. Zuerst wird das Reagenz für Oxonium-Ionen gesucht.
  2. Dann folgt die kennzeichnende Beobachtung.
  3. Ein Tropfen der Lösung färbt Universalindikatorpapier rot.

Ergebnis: Ein Tropfen der Lösung färbt Universalindikatorpapier rot

Massenwirkungsgesetz, Säurekonstante und pKs-Wert

Wie lautet der Ausdruck für die Säurekonstante Ks der Protolyse H₂PO₄⁻ + H₂O ⇌ HPO₄²⁻ + H₃O⁺?

  1. Im Zähler stehen die Produkte H₃O⁺ und HPO₄²⁻.
  2. Im Nenner steht das Edukt H₂PO₄⁻.
  3. Wasser steht nicht im Ausdruck.

Ergebnis: Ks = c(H₃O⁺) · c(HPO₄²⁻) : c(H₂PO₄⁻)

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