Chemie · Klasse 13 · Kapitel

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

Entdecken Frage, Vorstellung, Bild
Merken kommt ins Heft
Beispiel vorgerechnet, Schritt für Schritt
Üben selbst rechnen
Achtung typischer Fehler
Weiterdenken zum Knobeln und Vernetzen

○ mit Starthilfe, ● für alle, ★ zum Weiterdenken. Du wählst mindestens eine ★-Aufgabe. Du rechnest ins Heft.

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 HSO₄⁻ + H₂O ⇌ SO₄²⁻ + H₃O⁺ gibt es zwei Teilchen mit je einer Rolle. Welche Rolle hat H₂O?

Schritt für Schritt

Eine Säure gibt ein Proton ab, eine Base nimmt eines auf.
H₂O wird vor und nach der Reaktion verglichen.
H₂O gewinnt ein Proton: Base.

Eine Säure gibt ein Proton ab, eine Base nimmt eines auf.
H₂O wird vor und nach der Reaktion verglichen.
H₂O gewinnt ein Proton: Base.

Ergebnis:

Base, es nimmt ein Proton auf

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 Protolyse HF + H₂O ⇌ F⁻ + H₃O⁺ gibt es zwei Teilchen mit je einer Rolle. Welche Rolle hat H₂O?
So fängst du an:
Eine Säure gibt ein Proton ab, eine Base nimmt eines auf.
Lösung zeigen
1. Eine Säure gibt ein Proton ab, eine Base nimmt eines auf.
2. H₂O wird vor und nach der Reaktion verglichen.
3. H₂O gewinnt ein Proton: Base.
Ergebnis:
Base, es nimmt ein Proton auf
●2
In der Protolyse HCl + H₂O → Cl⁻ + H₃O⁺ gibt es zwei Teilchen mit je einer Rolle. Welche Rolle hat H₂O?
Lösung zeigen
1. Eine Säure gibt ein Proton ab, eine Base nimmt eines auf.
2. H₂O wird vor und nach der Reaktion verglichen.
3. H₂O gewinnt ein Proton: Base.
Ergebnis:
Base, es nimmt ein Proton auf
★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

Wasser kann Protonen sowohl aufnehmen als auch abgeben. Wie nennt man solche Teilchen?

Schritt für Schritt

Ein Teilchen, das Protonen aufnehmen und abgeben kann, ist beides.
Es besitzt ein abspaltbares Wasserstoffatom und ein freies Elektronenpaar.
Der Name: Ampholyt.

Ein Teilchen, das Protonen aufnehmen und abgeben kann, ist beides.
Es besitzt ein abspaltbares Wasserstoffatom und ein freies Elektronenpaar.
Der Name: Ampholyt.

Ergebnis:

Ampholyte, sie wirken je nach Partner als Säure oder Base

AchtungAmphoter mit neutral gleichgesetzt

So nicht

Ein Ampholyt reagiert weder als Säure noch als Base, er ist neutral.

So richtig

Ein Ampholyt kann Protonen abgeben und aufnehmen. Welche Funktion überwiegt, bestimmt den pH-Wert.

Schreib je eine Gleichung auf, in der Wasser als Säure und als Base reagiert.

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 HPO₄²⁻ besitzt ein 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: ja.
2. Ein freies Elektronenpaar zur Protonenaufnahme: ja.
3. Beides vorhanden: Ampholyt.
Ergebnis:
Ampholyt, es kann Protonen abgeben und zugleich aufnehmen
★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
Welches Ion zeigt die folgende Beobachtung an? Mit Natronlauge entweicht ein Gas, das feuchtes Indikatorpapier blau färbt.
So fängst du an:
Die Beobachtung wird den Nachweisreaktionen zugeordnet.
Lösung zeigen
1. Die Beobachtung wird den Nachweisreaktionen zugeordnet.
2. Niederschlagsfarbe und Löslichkeit entscheiden.
3. Das gehört zu Ammonium-Ionen.
Ergebnis:
Ammonium-Ionen
●8
Welches Ion zeigt die folgende Beobachtung an? Beim Ansäuern sprudelt es, und das Gas lässt Kalkwasser milchig werden.
Lösung zeigen
1. Die Beobachtung wird den Nachweisreaktionen zugeordnet.
2. Niederschlagsfarbe und Löslichkeit entscheiden.
3. Das gehört zu Carbonat-Ionen.
Ergebnis:
Carbonat-Ionen
★9
Welches Ion zeigt die folgende Beobachtung an? Ein Tropfen der Lösung färbt Universalindikatorpapier tiefblau.
Lösung zeigen
1. Die Beobachtung wird den Nachweisreaktionen zugeordnet.
2. Niederschlagsfarbe und Löslichkeit entscheiden.
3. Das gehört zu Hydroxid-Ionen.
Ergebnis:
Hydroxid-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

Für Milchsäure gilt pKs = 3,86. Welche Säurekonstante Ks ergibt sich daraus?

Schritt für Schritt

Ks = 10 hoch minus pKs.
Ks = 10 hoch minus 3,86.
Ks = 1,4 · 10⁻⁴ mol/L

Ks = 10 hoch minus pKs.
Ks = 10 hoch minus 3,86.
Ks = 1,4 · 10⁻⁴ mol/L

Ergebnis:

1,4 · 10⁻⁴ mol/L

AchtungKs, pKs und pKB falsch umgerechnet

So nicht

Aus Ks = 10⁻⁴ mol/L folgt pKs = 10.

So richtig

pKs = −lg Ks, also pKs = 4. Für ein korrespondierendes Paar gilt pKs + pKB = 14.

Schreib die Definition pKs = −lg Ks auf und setze Ks mit Einheit ein.

ÜbenJetzt du

○10
Für das Hydrogencarbonat-Ion gilt pKs = 10,33. Welche Säurekonstante Ks ergibt sich daraus?
So fängst du an:
Ks = 10 hoch minus pKs.
Lösung zeigen
1. Ks = 10 hoch minus pKs.
2. Ks = 10 hoch minus 10,33.
3. Ks = 4,7 · 10⁻¹¹ mol/L
Ergebnis:
4,7 · 10⁻¹¹ mol/L
●11
Wie lautet der Ausdruck für die Säurekonstante Ks der Protolyse CH₃COOH + H₂O ⇌ CH₃COO⁻ + H₃O⁺?
Lösung zeigen
1. Im Zähler stehen die Produkte H₃O⁺ und CH₃COO⁻.
2. Im Nenner steht das Edukt CH₃COOH.
3. Wasser steht nicht im Ausdruck.
Ergebnis:
Ks = c(H₃O⁺) · c(CH₃COO⁻) : c(CH₃COOH)
★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

Bromwasserstoffsäure hat die Konzentration c(HBr) = 0,005 mol/L und protolysiert vollständig. Bestimme: Wie groß ist der pH-Wert, auf zwei Nachkommastellen gerundet?

Schritt für Schritt

Vollständige Protolyse: c(H₃O⁺) = 0,005 mol/L.
pH = −lg 0,005.
pH = 2,30

Vollständige Protolyse: c(H₃O⁺) = 0,005 mol/L.
pH = −lg 0,005.
pH = 2,30

Ergebnis:

2,30

AchtungpH-Wert ohne Logarithmus bestimmt

So nicht

c(H₃O⁺) = 0,01 mol/L, also pH = 0,01.

So richtig

pH = −lg 0,01 = 2.

Schreib c(H₃O⁺) als Zehnerpotenz und lies den Exponenten ohne Minuszeichen ab.

ÜbenJetzt du

○13
Bromwasserstoffsäure hat die Konzentration c(HBr) = 0,0005 mol/L und protolysiert vollständig. Bestimme: Wie groß ist der pH-Wert, auf zwei Nachkommastellen gerundet?
So fängst du an:
Vollständige Protolyse: c(H₃O⁺) = 0,0005 mol/L.
Lösung zeigen
1. Vollständige Protolyse: c(H₃O⁺) = 0,0005 mol/L.
2. pH = −lg 0,0005.
3. pH = 3,30
Ergebnis:
3,30
●14
Kalkwasser hat die Konzentration c(Ca(OH)₂) = 0,02 mol/L und protolysiert vollständig; jede Formeleinheit liefert zwei Hydroxid-Ionen. Bestimme: Wie groß ist der pH-Wert bei 25 Grad Celsius, auf zwei Nachkommastellen gerundet?
Lösung zeigen
1. c(OH⁻) = 2 · 0,02 mol/L.
2. c(H₃O⁺) = 10⁻¹⁴ mol²/L² : c(OH⁻), also pH = 14 − pOH.
3. pH = 12,60
Ergebnis:
12,60
★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

20,0 mL Salzsäure werden bis zum Äquivalenzpunkt mit Bariumhydroxid-Lösung der Konzentration c = 0,050 mol/L titriert. Verbraucht werden 24,0 mL. Jede Formeleinheit liefert zwei Hydroxid-Ionen. Bestimme: Wie groß ist c(HCl)?

Schritt für Schritt

n(Ba(OH)₂) = 0,050 mol/L · 0,0240 L.
Am Äquivalenzpunkt gilt n(HCl) · 1 = n(Ba(OH)₂) · 2.
c(HCl) = n(HCl) : 0,0200 L = 0,12 mol/L

n(Ba(OH)₂) = 0,050 mol/L · 0,0240 L.
Am Äquivalenzpunkt gilt n(HCl) · 1 = n(Ba(OH)₂) · 2.
c(HCl) = n(HCl) : 0,0200 L = 0,12 mol/L

Ergebnis:

0,12 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
10,0 mL Salzsäure werden bis zum Äquivalenzpunkt mit Bariumhydroxid-Lösung der Konzentration c = 0,050 mol/L titriert. Verbraucht werden 20,0 mL. Jede Formeleinheit liefert zwei Hydroxid-Ionen. Bestimme: Wie groß ist c(HCl)?
So fängst du an:
n(Ba(OH)₂) = 0,050 mol/L · 0,0200 L.
Lösung zeigen
1. n(Ba(OH)₂) = 0,050 mol/L · 0,0200 L.
2. Am Äquivalenzpunkt gilt n(HCl) · 1 = n(Ba(OH)₂) · 2.
3. c(HCl) = n(HCl) : 0,0100 L = 0,20 mol/L
Ergebnis:
0,20 mol/L
●17
10,0 mL Salzsäure werden bis zum Äquivalenzpunkt mit Bariumhydroxid-Lösung der Konzentration c = 0,050 mol/L titriert. Verbraucht werden 10,0 mL. Jede Formeleinheit liefert zwei Hydroxid-Ionen. Bestimme: Wie groß ist c(HCl)?
Lösung zeigen
1. n(Ba(OH)₂) = 0,050 mol/L · 0,0100 L.
2. Am Äquivalenzpunkt gilt n(HCl) · 1 = n(Ba(OH)₂) · 2.
3. c(HCl) = n(HCl) : 0,0100 L = 0,10 mol/L
Ergebnis:
0,10 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 der Propansäure (pKs = 4,87) 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?

Schritt für Schritt

Näherung für schwache Säuren: pH = ½ · (pKs − lg c₀).
pH = ½ · (4,87 − lg 0,5) = ½ · (4,87 + 0,30).
pH ≈ 2,6

Näherung für schwache Säuren: pH = ½ · (pKs − lg c₀).
pH = ½ · (4,87 − lg 0,5) = ½ · (4,87 + 0,30).
pH ≈ 2,6

Ergebnis:

2,6

AchtungSchwache Säure wie eine starke gerechnet

So nicht

Essigsäure mit 0,1 mol/L hat pH 1, weil pH = −lg 0,1.

So richtig

Essigsäure protolysiert nur zu einem kleinen Teil: pH = ½ · (4,76 − lg 0,1) = 2,88.

Vergleiche gemessene pH-Werte von Essigsäure und Salzsäure gleicher Konzentration.

ÜbenJetzt du

○19
Eine Lösung der Ameisensäure (pKs = 3,75) hat die Anfangskonzentration c₀ = 0,2 mol/L. Bestimme: Wie groß ist der pH-Wert nach der Näherung für schwache Säuren, auf eine Nachkommastelle gerundet?
So fängst du an:
Näherung für schwache Säuren: pH = ½ · (pKs − lg c₀).
Lösung zeigen
1. Näherung für schwache Säuren: pH = ½ · (pKs − lg c₀).
2. pH = ½ · (3,75 − lg 0,2) = ½ · (3,75 + 0,70).
3. pH ≈ 2,2
Ergebnis:
2,2
●20
Eine Lösung der Flusssäure (pKs = 3,14) 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 · (3,14 − lg 0,5) = ½ · (3,14 + 0,30).
3. pH ≈ 1,7
Ergebnis:
1,7
★21
Eine Ammoniaklösung mit c₀ = 0,10 mol/L hat den pKB-Wert 4,75. Bestimme: Wie groß ist ihr pH-Wert nach der Näherung für schwache Basen (eine Nachkommastelle)?
Lösung zeigen
1. Näherung: pOH = ½ · (pKB − lg c₀) = ½ · (4,75 + 1,00) = 2,875.
2. pH = 14 − pOH.
3. pH = 14 − 2,875 ≈ 11,1
Ergebnis:
11,1

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

Zu einem Acetat-Puffer aus Essigsäure und Natriumacetat wird eine kleine Menge Salzsäure gegeben. Was geschieht?

Schritt für Schritt

Zugegebene Oxonium-Ionen treffen auf Acetat-Ionen.
CH₃COO⁻ + H₃O⁺ → CH₃COOH + H₂O.
Aus der Base wird die schwache Säure, der pH-Wert bleibt fast gleich.

Zugegebene Oxonium-Ionen treffen auf Acetat-Ionen.
CH₃COO⁻ + H₃O⁺ → CH₃COOH + H₂O.
Aus der Base wird die schwache Säure, der pH-Wert bleibt fast gleich.

Ergebnis:

Acetat-Ionen nehmen die Oxonium-Ionen auf, der pH-Wert ändert sich kaum

AchtungReaktionspartner als korrespondierendes Paar gedeutet

So nicht

Welches Paar bildet ein Puffersystem → C₆H₅COOH und CH₃COO⁻

So richtig

Welches Paar bildet ein Puffersystem → H₂CO₃ und HCO₃⁻

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

ÜbenJetzt du

○22
Welches Paar bildet ein Puffersystem?
So fängst du an:
Ein Puffer enthält eine schwache Säure und ihre korrespondierende Base.
Lösung zeigen
1. Ein Puffer enthält eine schwache Säure und ihre korrespondierende Base.
2. Das Paar unterscheidet sich um ein Proton.
3. H₂CO₃ und HCO₃⁻
Ergebnis:
H₂CO₃ und HCO₃⁻
●23
Warum liegt der Äquivalenzpunkt bei der Titration von Essigsäure mit Natronlauge im basischen Bereich?
Lösung zeigen
1. Am Äquivalenzpunkt liegt Natriumacetat vor.
2. Das Acetat-Ion ist die korrespondierende Base der schwachen Säure.
3. CH₃COO⁻ + H₂O ⇌ CH₃COOH + OH⁻ macht die Lösung basisch.
Ergebnis:
Das Acetat-Ion ist eine Base und reagiert mit Wasser zu Hydroxid-Ionen
★24
Ein Puffer enthält Essigsäure und Acetat im Stoffmengenverhältnis 1 : 1. Auf welchen Wert stellt sich der pH-Wert ein?
Lösung zeigen
1. Bei c(HA) = c(A⁻) kürzt sich der Bruch im Ks-Ausdruck.
2. Es bleibt c(H₃O⁺) = Ks.
3. Also gilt pH = pKs = 4,76.
Ergebnis:
Auf den pKs-Wert der Essigsäure, also etwa 4,8

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

Malonsäure protolysiert in 2 Stufen mit den pKs-Werten 2,83, 5,69. Bestimme: Welcher Wert gehört zur ersten Stufe?

Schritt für Schritt

Jede weitere Stufe ist schwächer als die vorige.
Der pKs-Wert wächst von Stufe zu Stufe.
Die erste Stufe hat den kleinsten Wert: 2,83.

Jede weitere Stufe ist schwächer als die vorige.
Der pKs-Wert wächst von Stufe zu Stufe.
Die erste Stufe hat den kleinsten Wert: 2,83.

Ergebnis:

2,83

AchtungStärke der Protolysestufen falsch begründet

So nicht

Die zweite Stufe der Phosphorsäure ist so stark wie die erste.

So richtig

Mit jeder Stufe steigt der pKs-Wert: Das Proton muss aus einem stärker negativ geladenen Teilchen abgegeben werden.

Lies die pKs-Werte der drei Stufen der Phosphorsäure ab und ordne sie.

ÜbenJetzt du

○25
Wie reagiert eine wässrige Lösung von Ammoniumnitrat (NH₄NO₃)?
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 Ammonium-Ion ist eine Säure und gibt Protonen ab, das Nitrat-Ion reagiert nicht.
3. Also: sauer.
Ergebnis:
Sauer, das Kation gibt Protonen ab
●26
Bernsteinsäure protolysiert in 2 Stufen mit den pKs-Werten 4,21, 5,64. Bestimme: Welcher Wert gehört zur ersten Stufe?
Lösung zeigen
1. Jede weitere Stufe ist schwächer als die vorige.
2. Der pKs-Wert wächst von Stufe zu Stufe.
3. Die erste Stufe hat den kleinsten Wert: 4,21.
Ergebnis:
4,21
★27
Warum reagiert eine Lösung von Aluminiumchlorid sauer?
Lösung zeigen
1. Al³⁺ ist von sechs Wassermolekülen umgeben.
2. Die positive Ladung zieht Elektronen aus den Wassermolekülen.
3. Daher gibt der Aquakomplex Protonen ab: sauer.
Ergebnis:
Das hydratisierte Aluminium-Ion gibt Protonen an Wasser ab

Vermischte Übungen

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

Üben

●28
In der Protolyse HCO₃⁻ + OH⁻ → CO₃²⁻ + H₂O gibt es zwei Teilchen mit je einer Rolle. Welche Rolle hat OH⁻?
Lösung zeigen
1. Eine Säure gibt ein Proton ab, eine Base nimmt eines auf.
2. OH⁻ wird vor und nach der Reaktion verglichen.
3. OH⁻ gewinnt ein Proton: Base.
Ergebnis:
Base, es nimmt ein Proton auf
●29
Das Teilchen NH₄⁺ besitzt ein polar gebundenes Wasserstoffatom und kein freies Elektronenpaar, mit dem ein Proton gebunden werden kann. Welche Funktion kann es nach Brønsted übernehmen?
Lösung zeigen
1. Ein abspaltbares Wasserstoffatom: ja.
2. Ein freies Elektronenpaar zur Protonenaufnahme: nein.
3. Nur das erste Merkmal: Säure.
Ergebnis:
Nur Säure, es kann Protonen abgeben, aber nicht aufnehmen
●30
Wie lautet der Ausdruck für die Säurekonstante Ks der Protolyse HClO + H₂O ⇌ ClO⁻ + H₃O⁺?
Lösung zeigen
1. Im Zähler stehen die Produkte H₃O⁺ und ClO⁻.
2. Im Nenner steht das Edukt HClO.
3. Wasser steht nicht im Ausdruck.
Ergebnis:
Ks = c(H₃O⁺) · c(ClO⁻) : c(HClO)
●31
Warum ist reines Wasser bei 25 Grad Celsius neutral, obwohl es Ionen enthält?
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
●32
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
●33
Eine Lösung der Ameisensäure (pKs = 3,75) 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 · (3,75 − lg 0,5) = ½ · (3,75 + 0,30).
3. pH ≈ 2,0
Ergebnis:
2,0

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
In der Protolyse HF + H₂O ⇌ F⁻ + H₃O⁺ gibt es zwei Teilchen mit je einer Rolle. Welche Rolle hat H₂O?
Lösung zeigen
Ergebnis:
Base, es nimmt ein Proton auf
Ich leite aus dem Bau eines Teilchens ab, ob es als Säure, als Base oder amphoter wirkt.
35
Das Teilchen NH₄⁺ besitzt ein polar gebundenes Wasserstoffatom und kein freies Elektronenpaar, mit dem ein Proton gebunden werden kann. Welche Funktion kann es nach Brønsted übernehmen?
Lösung zeigen
Ergebnis:
Nur Säure, es kann Protonen abgeben, aber nicht aufnehmen
Ich weise Chlorid-, Bromid-, Carbonat-, Hydroxid-, Oxonium- und Ammonium-Ionen nach.
36
Welche Beobachtung gehört zum Nachweis von Oxonium-Ionen?
Lösung zeigen
Ergebnis:
Ein Tropfen der Lösung färbt Universalindikatorpapier rot
Ich wende das Massenwirkungsgesetz auf Protolysen an und deute Säurekonstante und pKs-Wert.
37
Wie lautet der Ausdruck für die Säurekonstante Ks der Protolyse HSO₄⁻ + H₂O ⇌ SO₄²⁻ + H₃O⁺?
Lösung zeigen
Ergebnis:
Ks = c(H₃O⁺) · c(SO₄²⁻) : c(HSO₄⁻)
Ich leite das Ionenprodukt des Wassers her und berechne den pH-Wert starker Säuren.
38
Salpetersäure hat die Konzentration c(HNO₃) = 0,0001 mol/L und protolysiert vollständig. Bestimme: Wie groß ist der pH-Wert, auf zwei Nachkommastellen gerundet?
Lösung zeigen
Ergebnis:
4,00
Ich bestimme mit einer Säure-Base-Titration die Konzentration einer Säure oder Lauge.
39
10,0 mL Salpetersäure werden bis zum Äquivalenzpunkt mit Kalilauge der Konzentration c = 0,050 mol/L titriert. Verbraucht werden 40,0 mL. Bestimme: Wie groß ist c(HNO₃)?
Lösung zeigen
Ergebnis:
0,20 mol/L
Ich berechne pOH-Wert, pKB-Wert und den pH-Wert schwacher Säuren und Basen (Leistungskurs).
40
Eine Lösung hat bei 25 Grad Celsius den pH-Wert 12,6. Bestimme: Wie groß ist ihr pOH-Wert?
Lösung zeigen
Ergebnis:
1,4
Ich deute Titrationskurven und erkläre Puffersysteme (Leistungskurs).
41
Welches Paar bildet ein Puffersystem?
Lösung zeigen
Ergebnis:
HF und F⁻
Ich erkläre mehrstufige Protolyse, den induktiven Effekt und den pH-Wert von Salzlösungen (Leistungskurs).
42
Oxalsäure protolysiert in 2 Stufen mit den pKs-Werten 1,25, 4,27. Bestimme: Welcher Wert gehört zur letzten Stufe?
Lösung zeigen
Ergebnis:
4,27

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

Base, es nimmt ein Proton auf
Base, es nimmt ein Proton auf
Hin- und Rückreaktion laufen gleichzeitig und stellen ein Gleichgewicht ein
Ampholyt, es kann Protonen abgeben und zugleich aufnehmen
Ampholyt, es kann Protonen abgeben und zugleich aufnehmen
Die Aufnahme eines Protons gelingt dem Ion leichter als die Abgabe
Ammonium-Ionen
Carbonat-Ionen
Hydroxid-Ionen
4,7 · 10⁻¹¹ mol/L
Ks = c(H₃O⁺) · c(CH₃COO⁻) : c(CH₃COOH)
Er bleibt gleich, nur der Anteil protolysierter Säure wächst
3,30
12,60
5
0,20 mol/L
0,10 mol/L
0,10 mol/L
2,2
1,7
11,1
H₂CO₃ und HCO₃⁻
Das Acetat-Ion ist eine Base und reagiert mit Wasser zu Hydroxid-Ionen
Auf den pKs-Wert der Essigsäure, also etwa 4,8
Sauer, das Kation gibt Protonen ab
4,21
Das hydratisierte Aluminium-Ion gibt Protonen an Wasser ab
Base, es nimmt ein Proton auf
Nur Säure, es kann Protonen abgeben, aber nicht aufnehmen
Ks = c(H₃O⁺) · c(ClO⁻) : c(HClO)
Es enthält je 10⁻⁷ mol/L Oxonium- und Hydroxid-Ionen
0,075 mol/L
2,0
Base, es nimmt ein Proton auf
Nur Säure, es kann Protonen abgeben, aber nicht aufnehmen
Ein Tropfen der Lösung färbt Universalindikatorpapier rot
Ks = c(H₃O⁺) · c(SO₄²⁻) : c(HSO₄⁻)
4,00
0,20 mol/L
1,4
HF und F⁻
4,27