Chemie · Klasse 13 · Kapitel

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

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1Ich beschreibe Säure-Base-Reaktionen nach Brønsted als Protonenübergang und finde korrespondierende Säure-Base-Paare.

MerkenProtolyse

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

Beide bilden ein korrespondierendes Paar, die Reaktion ist umkehrbar.

BeispielProtolyse: Protonenübergang und korrespondierende Paare

In der Protolyse H₂S + OH⁻ → HS⁻ + H₂O gibt es zwei Teilchen mit je einer Rolle. Welche Rolle hat H₂S?

Schritt für Schritt

Eine Säure gibt ein Proton ab, eine Base nimmt eines auf.
H₂S wird vor und nach der Reaktion verglichen.
H₂S verliert ein Proton: Säure.

Eine Säure gibt ein Proton ab, eine Base nimmt eines auf.
H₂S wird vor und nach der Reaktion verglichen.
H₂S verliert ein Proton: Säure.

Ergebnis:

Säure, es gibt ein Proton ab

AchtungProtonendonator und Protonenakzeptor vertauscht

So nicht

Das Teilchen, das ein Proton aufnimmt, ist die Säure.

So richtig

Die Säure gibt ein Proton ab (Donator), die Base nimmt es auf (Akzeptor).

Zeichne einen Pfeil für das Proton und markiere seinen Start und sein Ziel.

ÜbenJetzt du

○1
In der Reaktion CH₃COOH + H₂O ⇌ CH₃COO⁻ + H₃O⁺ gibt es zwei korrespondierende Paare. Welche sind es?
So fängst du an:
Ein Paar unterscheidet sich um ein Proton.
Lösung zeigen
1. Ein Paar unterscheidet sich um ein Proton.
2. CH₃COOH gibt es ab und wird zu CH₃COO⁻.
3. H₂O nimmt es auf und wird zu H₃O⁺.
Ergebnis:
CH₃COOH mit CH₃COO⁻ sowie H₃O⁺ mit H₂O
●2
In der Protolyse HPO₄²⁻ + H₃O⁺ → H₂PO₄⁻ + H₂O gibt es zwei Teilchen mit je einer Rolle. Welche Rolle hat H₃O⁺?
Lösung zeigen
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
★3
Ammoniak reagiert mit Wasser nur zu einem kleinen Teil zu Ammonium- und Hydroxid-Ionen. Wie lässt sich das erklären?
Lösung zeigen
1. Ammoniak nimmt Protonen von Wasser auf.
2. Ammonium-Ionen geben Protonen an Hydroxid-Ionen zurück.
3. Im Gleichgewicht sind beide Geschwindigkeiten gleich.
Ergebnis:
Hin- und Rückreaktion laufen gleichzeitig und stellen ein Gleichgewicht ein

2Ich leite aus dem Bau eines Teilchens ab, ob es als Säure, als Base oder amphoter wirkt.

MerkenBau und Funktion

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

Ampholyte haben beides.

BeispielBau 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?

Schritt für Schritt

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

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

Ergebnis:

Ampholyt, es kann Protonen abgeben und zugleich aufnehmen

AchtungNur ein Strukturmerkmal beachtet

So nicht

NH₄⁺ besitzt ein Wasserstoffatom und ist deshalb ein Ampholyt.

So richtig

Ein Ampholyt braucht beides: ein abspaltbares Wasserstoffatom und ein freies Elektronenpaar.

Prüfe beide Merkmale nacheinander und schreibe zu jedem ja oder nein.

ÜbenJetzt du

○4
Das Teilchen HCO₃⁻ besitzt ein polar gebundenes Wasserstoffatom und ein freies Elektronenpaar, mit dem ein Proton gebunden werden kann. Welche Funktion kann es nach Brønsted übernehmen?
So fängst du an:
Ein abspaltbares Wasserstoffatom: ja.
Lösung zeigen
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
●5
Das Teilchen ClO⁻ besitzt kein polar gebundenes Wasserstoffatom und ein freies Elektronenpaar, mit dem ein Proton gebunden werden kann. Welche Funktion kann es nach Brønsted übernehmen?
Lösung zeigen
1. Ein abspaltbares Wasserstoffatom: nein.
2. Ein freies Elektronenpaar zur Protonenaufnahme: ja.
3. Nur das zweite Merkmal: Base.
Ergebnis:
Nur Base, es kann Protonen aufnehmen, aber nicht abgeben
★6
Warum reagiert eine Lösung von Hydrogencarbonat-Ionen HCO₃⁻ schwach basisch, obwohl das Ion auch ein Proton abgeben kann?
Lösung zeigen
1. HCO₃⁻ ist ein Ampholyt.
2. Als Säure ist es sehr schwach (pKs = 10,3), als Base stärker (pKB = 7,7).
3. Die Basenwirkung überwiegt, die Lösung ist schwach basisch.
Ergebnis:
Die Aufnahme eines Protons gelingt dem Ion leichter als die Abgabe

3Ich weise Chlorid-, Bromid-, Carbonat-, Hydroxid-, Oxonium- und Ammonium-Ionen nach.

MerkenNachweise

Silbernitrat fällt Chlorid weiß und Bromid gelblich.

Carbonat gibt mit Säure Gas, Ammonium mit Lauge Ammoniak.

BeispielNachweisreaktionen für Ionen

Zu einer farblosen Lösung wird Silbernitratlösung gegeben. Es fällt ein weißer Niederschlag, der sich in verdünnter Salpetersäure nicht löst. Welches Ion enthält die Lösung?

Schritt für Schritt

Silbernitrat fällt Halogenide und Carbonat.
Silbercarbonat löst sich in Säure.
Ein weißer Niederschlag, der bleibt, ist Silberchlorid.

Silbernitrat fällt Halogenide und Carbonat.
Silbercarbonat löst sich in Säure.
Ein weißer Niederschlag, der bleibt, ist Silberchlorid.

Ergebnis:

Chlorid-Ionen

AchtungNiederschlag mit Silbernitrat dem falschen Ion zugeordnet

So nicht

Jeder weiße Niederschlag mit Silbernitrat zeigt Chlorid an.

So richtig

Auch Carbonat bildet mit Silbernitrat einen weißen Niederschlag. Salpetersäure trennt: Silberchlorid bleibt, Silbercarbonat löst sich.

Prüfe, ob sich der Niederschlag in verdünnter Salpetersäure löst.

ÜbenJetzt du

○7
Eine Probe sprudelt beim Zutropfen von verdünnter Salzsäure, und das Gas trübt Kalkwasser. Welches Ion enthält die Probe?
So fängst du an:
Das Gas trübt Kalkwasser.
Lösung zeigen
1. Das Gas trübt Kalkwasser.
2. Es ist Kohlenstoffdioxid.
3. Es entsteht aus Carbonat und Säure.
Ergebnis:
Carbonat-Ionen
●8
Welche Beobachtung gehört zum Nachweis von Ammonium-Ionen?
Lösung zeigen
1. Zuerst wird das Reagenz für Ammonium-Ionen gesucht.
2. Dann folgt die kennzeichnende Beobachtung.
3. Mit Natronlauge entweicht ein Gas, das feuchtes Indikatorpapier blau färbt.
Ergebnis:
Mit Natronlauge entweicht ein Gas, das feuchtes Indikatorpapier blau färbt
★9
Welches Ion zeigt die folgende Beobachtung an? Mit verdünnter Salzsäure entweicht ein Gas, das Kalkwasser trübt.
Lösung zeigen
1. Die Beobachtung wird den Nachweisreaktionen zugeordnet.
2. Niederschlagsfarbe und Löslichkeit entscheiden.
3. Das gehört zu Carbonat-Ionen.
Ergebnis:
Carbonat-Ionen

4Ich wende das Massenwirkungsgesetz auf Protolysen an und deute Säurekonstante und pKs-Wert.

MerkenSäurekonstante

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

Je kleiner pKs, desto stärker die Säure.

BeispielMassenwirkungsgesetz, Säurekonstante und pKs-Wert

Wie lautet der Ausdruck für die Säurekonstante Ks der Protolyse HA + H₂O ⇌ A⁻ + H₃O⁺?

Schritt für Schritt

Im Zähler stehen die Produkte H₃O⁺ und A⁻.
Im Nenner steht das Edukt HA.
Wasser steht nicht im Ausdruck.

Im Zähler stehen die Produkte H₃O⁺ und A⁻.
Im Nenner steht das Edukt HA.
Wasser steht nicht im Ausdruck.

Ergebnis:

Ks = c(H₃O⁺) · c(A⁻) : c(HA)

AchtungWasser steht im Ausdruck der Säurekonstante

So nicht

Ks = c(H₃O⁺) · c(A⁻) : (c(HA) · c(H₂O))

So richtig

Ks = c(H₃O⁺) · c(A⁻) : c(HA). Die Konzentration von Wasser ist praktisch konstant und steckt schon in Ks.

Setze das Lösungsmittel Wasser nicht in den Bruch und schreibe dann den Ausdruck für Ks.

ÜbenJetzt du

○10
Eine Säure hat die Säurekonstante Ks = 1,0 · 10⁻⁴ mol/L. Bestimme: Wie groß ist ihr pKs-Wert?
So fängst du an:
pKs = −lg Ks.
Lösung zeigen
1. pKs = −lg Ks.
2. lg (1,0 · 10⁻⁴) = −4.
3. pKs = 4
Ergebnis:
4
●11
Für Essigsäure gilt pKs = 4,76. Welche Säurekonstante Ks ergibt sich daraus?
Lösung zeigen
1. Ks = 10 hoch minus pKs.
2. Ks = 10 hoch minus 4,76.
3. Ks = 1,7 · 10⁻⁵ mol/L
Ergebnis:
1,7 · 10⁻⁵ mol/L
★12
Eine Essigsäurelösung wird bei gleicher Temperatur auf das Zehnfache verdünnt. Wie ändert sich der Wert der Säurekonstante Ks?
Lösung zeigen
1. Ks hängt nur von der Temperatur ab.
2. Beim Verdünnen sinken alle Konzentrationen.
3. Das Gleichgewicht verschiebt sich zur Seite der Ionen, Ks bleibt gleich.
Ergebnis:
Er bleibt gleich, nur der Anteil protolysierter Säure wächst

5Ich leite das Ionenprodukt des Wassers her und berechne den pH-Wert starker Säuren.

MerkenpH-Wert

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

BeispielIonenprodukt des Wassers und pH-Wert starker Säuren

Lösung A hat den pH-Wert 5, Lösung B den pH-Wert 6. Bestimme: Wie viel mal so groß ist c(H₃O⁺) in Lösung A im Vergleich zu Lösung B?

Schritt für Schritt

Unterschied der pH-Werte: 1.
Jede Stufe bedeutet den Faktor 10.
Faktor 10 hoch 1 = 10

Unterschied der pH-Werte: 1.
Jede Stufe bedeutet den Faktor 10.
Faktor 10 hoch 1 = 10

Ergebnis:

AchtungpH-Wert linear gedacht

So nicht

pH 2 ist doppelt so sauer wie pH 4.

So richtig

pH 2 hat hundertmal mehr H⁺-Ionen als pH 4. Jede Stufe ist ein Faktor zehn.

Zähl die Stufen zwischen den beiden pH-Werten. Nimm für jede Stufe mal zehn.

ÜbenJetzt du

○13
Warum ist reines Wasser bei 25 Grad Celsius neutral, obwohl es Ionen enthält?
So fängst du an:
Wasser reagiert mit sich selbst: 2 H₂O ⇌ H₃O⁺ + OH⁻.
Lösung zeigen
1. Wasser reagiert mit sich selbst: 2 H₂O ⇌ H₃O⁺ + OH⁻.
2. Beide Ionensorten entstehen im gleichen Verhältnis.
3. Bei 25 Grad Celsius sind es je 10⁻⁷ mol/L.
Ergebnis:
Es enthält je 10⁻⁷ mol/L Oxonium- und Hydroxid-Ionen
●14
Lösung A hat den pH-Wert 4, Lösung B den pH-Wert 6. Bestimme: Wie viel mal so groß ist c(H₃O⁺) in Lösung A im Vergleich zu Lösung B?
Lösung zeigen
1. Unterschied der pH-Werte: 2.
2. Jede Stufe bedeutet den Faktor 10.
3. Faktor 10 hoch 2 = 100
Ergebnis:
100
★15
Eine Salzsäure mit pH = 3 wird auf das Hundertfache verdünnt. Bestimme: Wie groß ist der pH-Wert danach?
Lösung zeigen
1. Hundertfach verdünnt heißt: zwei Zehnerpotenzen.
2. c(H₃O⁺) sinkt von 10⁻³ mol/L auf 10⁻⁵ mol/L.
3. pH = 5
Ergebnis:
5

6Ich bestimme mit einer Säure-Base-Titration die Konzentration einer Säure oder Lauge.

MerkenTitration

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

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

BeispielSäure-Base-Titration

10,0 mL Schwefelsäure werden bis zum Äquivalenzpunkt mit Natronlauge der Konzentration c = 0,20 mol/L titriert. Verbraucht werden 10,0 mL. Jedes Schwefelsäure-Molekül gibt zwei Protonen ab. Bestimme: Wie groß ist c(H₂SO₄)?

Schritt für Schritt

n(NaOH) = 0,20 mol/L · 0,0100 L.
Am Äquivalenzpunkt gilt n(H₂SO₄) · 2 = n(NaOH) · 1.
c(H₂SO₄) = n(H₂SO₄) : 0,0100 L = 0,10 mol/L

n(NaOH) = 0,20 mol/L · 0,0100 L.
Am Äquivalenzpunkt gilt n(H₂SO₄) · 2 = n(NaOH) · 1.
c(H₂SO₄) = n(H₂SO₄) : 0,0100 L = 0,10 mol/L

Ergebnis:

0,10 mol/L

AchtungVolumen oder Stoffmengenverhältnis in der Titration falsch verrechnet

So nicht

10 mL Schwefelsäure verbrauchen 20 mL Natronlauge gleicher Stärke, also gilt 1 : 1.

So richtig

Am Äquivalenzpunkt gilt n(Säure) mal Zahl der Protonen gleich n(Lauge). Erst Stoffmengen vergleichen, dann durch das Volumen teilen.

Schreib die Reaktionsgleichung auf und lies das Stoffmengenverhältnis ab.

ÜbenJetzt du

○16
25,0 mL Salzsäure werden bis zum Äquivalenzpunkt mit Natronlauge der Konzentration c = 0,20 mol/L titriert. Verbraucht werden 6,3 mL. Bestimme: Wie groß ist c(HCl)?
So fängst du an:
n(NaOH) = 0,20 mol/L · 0,0063 L.
Lösung zeigen
1. n(NaOH) = 0,20 mol/L · 0,0063 L.
2. Am Äquivalenzpunkt gilt n(HCl) · 1 = n(NaOH) · 1.
3. c(HCl) = n(HCl) : 0,0250 L = 0,050 mol/L
Ergebnis:
0,050 mol/L
●17
20,0 mL Salzsäure werden bis zum Äquivalenzpunkt mit Natronlauge der Konzentration c = 0,050 mol/L titriert. Verbraucht werden 80,0 mL. Bestimme: Wie groß ist c(HCl)?
Lösung zeigen
1. n(NaOH) = 0,050 mol/L · 0,0800 L.
2. Am Äquivalenzpunkt gilt n(HCl) · 1 = n(NaOH) · 1.
3. c(HCl) = n(HCl) : 0,0200 L = 0,20 mol/L
Ergebnis:
0,20 mol/L
★18
Zur Neutralisation von 10,0 mL Schwefelsäure werden 20,0 mL Natronlauge mit c = 0,10 mol/L verbraucht. Schwefelsäure gibt je Molekül zwei Protonen ab. Bestimme: Wie groß ist c(H₂SO₄)?
Lösung zeigen
1. n(NaOH) = 0,10 mol/L · 0,0200 L = 0,00200 mol.
2. H₂SO₄ + 2 NaOH → Na₂SO₄ + 2 H₂O, also n(H₂SO₄) = ½ · n(NaOH) = 0,00100 mol.
3. c(H₂SO₄) = 0,00100 mol : 0,0100 L = 0,10 mol/L
Ergebnis:
0,10 mol/L

7Ich berechne pOH-Wert, pKB-Wert und den pH-Wert schwacher Säuren und Basen (Leistungskurs).

MerkenSchwache Säuren und Basen

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

BeispielpOH, pKB und pH-Wert schwacher Säuren und Basen

Eine Lösung hat bei 25 Grad Celsius den pH-Wert 12,6. Bestimme: Wie groß ist ihr pOH-Wert?

Schritt für Schritt

Bei 25 Grad Celsius gilt pH + pOH = 14.
pOH = 14 − 12,6.
pOH = 1,4

Bei 25 Grad Celsius gilt pH + pOH = 14.
pOH = 14 − 12,6.
pOH = 1,4

Ergebnis:

1,4

AchtungpH und pOH vertauscht oder falsch verrechnet

So nicht

Natronlauge mit c = 0,001 mol/L hat pH 3.

So richtig

pOH = 3, also pH = 14 − 3 = 11.

Prüfe, ob die Lösung sauer oder basisch ist, und schätze danach den pH-Wert über oder unter 7.

ÜbenJetzt du

○19
Warum hat eine Essigsäure mit c = 0,1 mol/L einen höheren pH-Wert als eine Salzsäure gleicher Konzentration?
So fängst du an:
Essigsäure ist eine schwache Säure.
Lösung zeigen
1. Essigsäure ist eine schwache Säure.
2. Essigsäure protolysiert nur zu einem kleinen Teil.
3. Daher entstehen weniger Oxonium-Ionen und der pH-Wert ist höher.
Ergebnis:
Nur ein kleiner Teil der Essigsäure-Moleküle gibt ein Proton ab
●20
Eine Lösung der Milchsäure (pKs = 3,86) hat die Anfangskonzentration c₀ = 0,5 mol/L. Bestimme: Wie groß ist der pH-Wert nach der Näherung für schwache Säuren, auf eine Nachkommastelle gerundet?
Lösung zeigen
1. Näherung für schwache Säuren: pH = ½ · (pKs − lg c₀).
2. pH = ½ · (3,86 − lg 0,5) = ½ · (3,86 + 0,30).
3. pH ≈ 2,1
Ergebnis:
2,1
★21
Eine Lösung der Flusssäure (pKs = 3,14) hat die Anfangskonzentration c₀ = 0,1 mol/L. Bestimme: Wie groß ist der pH-Wert nach der Näherung für schwache Säuren, auf eine Nachkommastelle gerundet?
Lösung zeigen
1. Näherung für schwache Säuren: pH = ½ · (pKs − lg c₀).
2. pH = ½ · (3,14 − lg 0,1) = ½ · (3,14 + 1,00).
3. pH ≈ 2,1
Ergebnis:
2,1

8Ich deute Titrationskurven und erkläre Puffersysteme (Leistungskurs).

MerkenKurve und Puffer

Am Halbäquivalenzpunkt gilt pH = pKs.

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

BeispielTitrationskurven und Puffersysteme

Essigsäure (pKs = 4,76) wird mit Natronlauge titriert. Bestimme: Wie groß ist der pH-Wert am Halbäquivalenzpunkt?

Schritt für Schritt

Am Halbäquivalenzpunkt ist die Hälfte der Säure zu A⁻ geworden.
Dann gilt c(HA) = c(A⁻), und der Bruch im Ks-Ausdruck kürzt sich.
pH = pKs = 4,76

Am Halbäquivalenzpunkt ist die Hälfte der Säure zu A⁻ geworden.
Dann gilt c(HA) = c(A⁻), und der Bruch im Ks-Ausdruck kürzt sich.
pH = pKs = 4,76

Ergebnis:

4,76

AchtungReaktionspartner als korrespondierendes Paar gedeutet

So nicht

Welches Paar bildet ein Puffersystem → H₂CO₃ und HPO₄²⁻

So richtig

Welches Paar bildet ein Puffersystem → HCO₃⁻ und CO₃²⁻

Schreib zu jedem Teilchen auf, welches Teilchen entsteht, wenn es ein Proton abgibt oder aufnimmt.

ÜbenJetzt du

○22
Ameisensäure (pKs = 3,75) wird mit Natronlauge titriert. Bestimme: Wie groß ist der pH-Wert am Halbäquivalenzpunkt?
So fängst du an:
Am Halbäquivalenzpunkt ist die Hälfte der Säure zu A⁻ geworden.
Lösung zeigen
1. Am Halbäquivalenzpunkt ist die Hälfte der Säure zu A⁻ geworden.
2. Dann gilt c(HA) = c(A⁻), und der Bruch im Ks-Ausdruck kürzt sich.
3. pH = pKs = 3,75
Ergebnis:
3,75
●23
Eine schwache Säure wird mit Natronlauge titriert. Was gilt am Halbäquivalenzpunkt?
Lösung zeigen
1. Die Hälfte der Säure ist zu A⁻ geworden.
2. Also gilt c(HA) = c(A⁻).
3. Im Ks-Ausdruck kürzt sich der Bruch: pH = pKs.
Ergebnis:
Es gilt pH = pKs, weil c(HA) = c(A⁻) ist
★24
Welches Paar bildet ein Puffersystem?
Lösung zeigen
1. Ein Puffer enthält eine schwache Säure und ihre korrespondierende Base.
2. Das Paar unterscheidet sich um ein Proton.
3. HCO₃⁻ und CO₃²⁻
Ergebnis:
HCO₃⁻ und CO₃²⁻

9Ich erkläre mehrstufige Protolyse, den induktiven Effekt und den pH-Wert von Salzlösungen (Leistungskurs).

MerkenStufen, Substituenten, Salze

Jede Protolysestufe ist schwächer als die vorige.

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

BeispielMehrstufige Protolyse, induktiver Effekt und Salzlösungen

Wie reagiert eine wässrige Lösung von Ammoniumchlorid (NH₄Cl)?

Schritt für Schritt

Kation und Anion werden getrennt betrachtet, ob sie mit Wasser reagieren.
Das Ammonium-Ion ist eine Säure und gibt Protonen ab, das Chlorid-Ion reagiert nicht.
Also: sauer.

Kation und Anion werden getrennt betrachtet, ob sie mit Wasser reagieren.
Das Ammonium-Ion ist eine Säure und gibt Protonen ab, das Chlorid-Ion reagiert nicht.
Also: sauer.

Ergebnis:

Sauer, das Kation gibt Protonen ab

AchtungFalsches Ion für die Reaktion mit Wasser verantwortlich gemacht

So nicht

Natrium-Ionen reagieren mit Wasser und machen die Lösung basisch.

So richtig

Natrium-Ionen reagieren nicht mit Wasser. Das Acetat-Ion nimmt Protonen auf und macht die Lösung basisch.

Frag dich bei jedem Ion: Stammt es aus einer starken oder aus einer schwachen Säure oder Base?

ÜbenJetzt du

○25
Wie reagiert eine wässrige Lösung von Natriumcarbonat (Na₂CO₃)?
So fängst du an:
Kation und Anion werden getrennt betrachtet, ob sie mit Wasser reagieren.
Lösung zeigen
1. Kation und Anion werden getrennt betrachtet, ob sie mit Wasser reagieren.
2. Das Carbonat-Ion ist eine Base und nimmt Protonen auf, das Natrium-Ion reagiert nicht.
3. Also: basisch.
Ergebnis:
Basisch, das Anion nimmt Protonen auf
●26
Malonsäure protolysiert in 2 Stufen mit den pKs-Werten 2,83, 5,69. Bestimme: Welcher Wert gehört zur letzten Stufe?
Lösung zeigen
1. Jede weitere Stufe ist schwächer als die vorige.
2. Der pKs-Wert wächst von Stufe zu Stufe.
3. Die letzte Stufe hat den größten Wert: 5,69.
Ergebnis:
5,69
★27
Wie kommt die Bindung zwischen einem Aluminium-Ion und einem Wassermolekül im Komplex [Al(H₂O)₆]³⁺ zustande?
Lösung zeigen
1. Das Wassermolekül hat freie Elektronenpaare am Sauerstoffatom.
2. Das Aluminium-Ion hat leere Plätze.
3. Das Paar des Liganden bildet die koordinative Bindung.
Ergebnis:
Das Sauerstoffatom stellt das bindende Elektronenpaar bereit

Vermischte Übungen

Alles durcheinander – wie in der Arbeit. Überleg bei jeder Aufgabe zuerst: Welches Ziel ist das?

Üben

●28
In der Protolyse HF + H₂O ⇌ F⁻ + H₃O⁺ gibt es zwei Teilchen mit je einer Rolle. Welche Rolle hat HF?
Lösung zeigen
1. Eine Säure gibt ein Proton ab, eine Base nimmt eines auf.
2. HF wird vor und nach der Reaktion verglichen.
3. HF verliert ein Proton: Säure.
Ergebnis:
Säure, es gibt ein Proton ab
●29
Wie lautet der Ausdruck für die Säurekonstante Ks der Protolyse NH₄⁺ + H₂O ⇌ NH₃ + H₃O⁺?
Lösung zeigen
1. Im Zähler stehen die Produkte H₃O⁺ und NH₃.
2. Im Nenner steht das Edukt NH₄⁺.
3. Wasser steht nicht im Ausdruck.
Ergebnis:
Ks = c(H₃O⁺) · c(NH₃) : c(NH₄⁺)
●30
Natronlauge hat die Konzentration c(NaOH) = 0,002 mol/L und protolysiert vollständig. Bestimme: Wie groß ist der pH-Wert bei 25 Grad Celsius, auf zwei Nachkommastellen gerundet?
Lösung zeigen
1. c(OH⁻) = 1 · 0,002 mol/L.
2. c(H₃O⁺) = 10⁻¹⁴ mol²/L² : c(OH⁻), also pH = 14 − pOH.
3. pH = 11,30
Ergebnis:
11,30
●31
Zur Neutralisation von 20,0 mL Salzsäure werden 15,0 mL Natronlauge mit c = 0,10 mol/L verbraucht. Bestimme: Wie groß ist c(HCl)?
Lösung zeigen
1. n(NaOH) = 0,10 mol/L · 0,0150 L = 0,00150 mol.
2. Es gilt n(HCl) = n(NaOH).
3. c(HCl) = 0,00150 mol : 0,0200 L = 0,075 mol/L
Ergebnis:
0,075 mol/L
●32
Eine Lösung der Essigsäure (pKs = 4,76) hat die Anfangskonzentration c₀ = 0,1 mol/L. Bestimme: Wie groß ist der pH-Wert nach der Näherung für schwache Säuren, auf eine Nachkommastelle gerundet?
Lösung zeigen
1. Näherung für schwache Säuren: pH = ½ · (pKs − lg c₀).
2. pH = ½ · (4,76 − lg 0,1) = ½ · (4,76 + 1,00).
3. pH ≈ 2,9
Ergebnis:
2,9
●33
Das Hydrogencarbonat-Ion (pKs = 10,33) wird mit Natronlauge titriert. Bestimme: Wie groß ist der pH-Wert am Halbäquivalenzpunkt?
Lösung zeigen
1. Am Halbäquivalenzpunkt ist die Hälfte der Säure zu A⁻ geworden.
2. Dann gilt c(HA) = c(A⁻), und der Bruch im Ks-Ausdruck kürzt sich.
3. pH = pKs = 10,33
Ergebnis:
10,33

Auf einen Blick

MerkenDas Wichtigste

Protolyse: Eine Säure gibt ein Proton ab, eine Base nimmt es auf.
Bau und Funktion: Eine Säure hat ein polar gebundenes Wasserstoffatom, eine Base ein freies Elektronenpaar.
Nachweise: Silbernitrat fällt Chlorid weiß und Bromid gelblich.
Säurekonstante: Ks = c(H₃O⁺) · c(A⁻) : c(HA), Wasser steht nicht im Bruch.
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⁻).
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.
Stufen, Substituenten, Salze: Jede Protolysestufe ist schwächer als die vorige.

Kannst du das?

Je Ziel eine Aufgabe. Rechne sie ins Heft, dann kreuz ehrlich an. Keine Punkte, keine Note – der Test ist für dich.

ÜbenSelbsttest

Ich beschreibe Säure-Base-Reaktionen nach Brønsted als Protonenübergang und finde korrespondierende Säure-Base-Paare.
34
Welches Teilchen bildet mit dem Ammonium-Ion NH₄⁺ ein korrespondierendes Säure-Base-Paar?
Lösung zeigen
Ergebnis:
NH₃, das Ammoniak
Ich leite aus dem Bau eines Teilchens ab, ob es als Säure, als Base oder amphoter wirkt.
35
Das Teilchen HCOO⁻ besitzt kein polar gebundenes Wasserstoffatom und ein freies Elektronenpaar, mit dem ein Proton gebunden werden kann. Welche Funktion kann es nach Brønsted übernehmen?
Lösung zeigen
Ergebnis:
Nur Base, es kann Protonen aufnehmen, aber nicht abgeben
Ich weise Chlorid-, Bromid-, Carbonat-, Hydroxid-, Oxonium- und Ammonium-Ionen nach.
36
Zu einer farblosen Lösung wird Silbernitratlösung gegeben. Es fällt ein weißer Niederschlag, der sich in verdünnter Salpetersäure nicht löst. Welches Ion enthält die Lösung?
Lösung zeigen
Ergebnis:
Chlorid-Ionen
Ich wende das Massenwirkungsgesetz auf Protolysen an und deute Säurekonstante und pKs-Wert.
37
Für Benzoesäure gilt pKs = 4,20. Welche Säurekonstante Ks ergibt sich daraus?
Lösung zeigen
Ergebnis:
6,3 · 10⁻⁵ mol/L
Ich leite das Ionenprodukt des Wassers her und berechne den pH-Wert starker Säuren.
38
Bromwasserstoffsäure hat die Konzentration c(HBr) = 0,002 mol/L und protolysiert vollständig. Bestimme: Wie groß ist der pH-Wert, auf zwei Nachkommastellen gerundet?
Lösung zeigen
Ergebnis:
2,70
Ich bestimme mit einer Säure-Base-Titration die Konzentration einer Säure oder Lauge.
39
25,0 mL Salzsäure werden bis zum Äquivalenzpunkt mit Natronlauge der Konzentration c = 0,050 mol/L titriert. Verbraucht werden 50,0 mL. Bestimme: Wie groß ist c(HCl)?
Lösung zeigen
Ergebnis:
0,10 mol/L
Ich berechne pOH-Wert, pKB-Wert und den pH-Wert schwacher Säuren und Basen (Leistungskurs).
40
Eine Lösung der Benzoesäure (pKs = 4,20) hat die Anfangskonzentration c₀ = 0,1 mol/L. Bestimme: Wie groß ist der pH-Wert nach der Näherung für schwache Säuren, auf eine Nachkommastelle gerundet?
Lösung zeigen
Ergebnis:
2,6
Ich deute Titrationskurven und erkläre Puffersysteme (Leistungskurs).
41
Milchsäure (pKs = 3,86) wird mit Natronlauge titriert. Bestimme: Wie groß ist der pH-Wert am Halbäquivalenzpunkt?
Lösung zeigen
Ergebnis:
3,86
Ich erkläre mehrstufige Protolyse, den induktiven Effekt und den pH-Wert von Salzlösungen (Leistungskurs).
42
Malonsäure protolysiert in 2 Stufen mit den pKs-Werten 2,83, 5,69. Bestimme: Welcher Wert gehört zur letzten Stufe?
Lösung zeigen
Ergebnis:
5,69

Bei „unsicher“ oder „noch nicht“: Lies den Abschnitt zum Ziel noch einmal und rechne seine drei Aufgaben.

Wörter

Bruch: ein Teil von einem Ganzen, als Zahl geschrieben
Funktion: eine Regel, die aus einer Zahl eine andere macht

Lösungen

CH₃COOH mit CH₃COO⁻ sowie H₃O⁺ mit H₂O
Säure, es gibt ein Proton ab
Hin- und Rückreaktion laufen gleichzeitig und stellen ein Gleichgewicht ein
Ampholyt, es kann Protonen abgeben und zugleich aufnehmen
Nur Base, es kann Protonen aufnehmen, aber nicht abgeben
Die Aufnahme eines Protons gelingt dem Ion leichter als die Abgabe
Carbonat-Ionen
Mit Natronlauge entweicht ein Gas, das feuchtes Indikatorpapier blau färbt
Carbonat-Ionen
4
1,7 · 10⁻⁵ mol/L
Er bleibt gleich, nur der Anteil protolysierter Säure wächst
Es enthält je 10⁻⁷ mol/L Oxonium- und Hydroxid-Ionen
100
5
0,050 mol/L
0,20 mol/L
0,10 mol/L
Nur ein kleiner Teil der Essigsäure-Moleküle gibt ein Proton ab
2,1
2,1
3,75
Es gilt pH = pKs, weil c(HA) = c(A⁻) ist
HCO₃⁻ und CO₃²⁻
Basisch, das Anion nimmt Protonen auf
5,69
Das Sauerstoffatom stellt das bindende Elektronenpaar bereit
Säure, es gibt ein Proton ab
Ks = c(H₃O⁺) · c(NH₃) : c(NH₄⁺)
11,30
0,075 mol/L
2,9
10,33
NH₃, das Ammoniak
Nur Base, es kann Protonen aufnehmen, aber nicht abgeben
Chlorid-Ionen
6,3 · 10⁻⁵ mol/L
2,70
0,10 mol/L
2,6
3,86
5,69