Chemie · Klasse 13 · Kapitel

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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 HNO₃ + NH₃ → NO₃⁻ + NH₄⁺ gibt es zwei Teilchen mit je einer Rolle. Welche Rolle hat NH₃?

Schritt für Schritt

Eine Säure gibt ein Proton ab, eine Base nimmt eines auf.
NH₃ wird vor und nach der Reaktion verglichen.
NH₃ gewinnt ein Proton: Base.

Eine Säure gibt ein Proton ab, eine Base nimmt eines auf.
NH₃ wird vor und nach der Reaktion verglichen.
NH₃ 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 HPO₄²⁻ + H₃O⁺ → H₂PO₄⁻ + H₂O gibt es zwei Teilchen mit je einer Rolle. Welche Rolle hat HPO₄²⁻?
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. HPO₄²⁻ wird vor und nach der Reaktion verglichen.
3. HPO₄²⁻ gewinnt ein Proton: Base.
Ergebnis:
Base, es nimmt ein Proton auf
●2
In der Reaktion CH₃COOH + H₂O ⇌ CH₃COO⁻ + H₃O⁺ gibt es zwei korrespondierende Paare. Welche sind es?
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
★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 H₂O 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 F⁻ besitzt kein 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: nein.
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
●5
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?
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

Welche Beobachtung gehört zum Nachweis von Oxonium-Ionen?

Schritt für Schritt

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

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

Ergebnis:

Ein Tropfen der Lösung färbt Universalindikatorpapier rot

AchtungReagenz und Probe verwechselt

So nicht

Salzsäure zugeben und im Ergebnis Chlorid nachweisen.

So richtig

Das Reagenz bringt eigene Ionen mit. Wer Chlorid nachweisen will, setzt kein Chlorid zu.

Nenne zu jeder Beobachtung, ob das Ion aus der Probe oder aus dem Reagenz stammt.

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 Chlorid-Ionen?
Lösung zeigen
1. Zuerst wird das Reagenz für Chlorid-Ionen gesucht.
2. Dann folgt die kennzeichnende Beobachtung.
3. Nach Zugabe von Silbernitratlösung fällt ein weißer Niederschlag aus, der in Salpetersäure unlöslich ist.
Ergebnis:
Nach Zugabe von Silbernitratlösung fällt ein weißer Niederschlag aus, der in Salpetersäure unlöslich ist
★9
Eine Probe enthält Chlorid- und Carbonat-Ionen. Wie lässt sich Chlorid sicher nachweisen?
Lösung zeigen
1. Carbonat stört, weil Silbercarbonat ebenfalls weiß ist.
2. Salpetersäure entfernt das Carbonat als Gas.
3. Danach fällt nur noch Silberchlorid aus.
Ergebnis:
Erst mit Salpetersäure ansäuern, bis kein Gas mehr entweicht, dann Silbernitrat zugeben

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 Essigsäure gilt pKs = 4,76. Welche Säurekonstante Ks ergibt sich daraus?

Schritt für Schritt

Ks = 10 hoch minus pKs.
Ks = 10 hoch minus 4,76.
Ks = 1,7 · 10⁻⁵ mol/L

Ks = 10 hoch minus pKs.
Ks = 10 hoch minus 4,76.
Ks = 1,7 · 10⁻⁵ mol/L

Ergebnis:

1,7 · 10⁻⁵ 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 Flusssäure gilt pKs = 3,14. 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 3,14.
3. Ks = 7,2 · 10⁻⁴ mol/L
Ergebnis:
7,2 · 10⁻⁴ mol/L
●11
Für salpetrige Säure gilt pKs = 3,35. Welche Säurekonstante Ks ergibt sich daraus?
Lösung zeigen
1. Ks = 10 hoch minus pKs.
2. Ks = 10 hoch minus 3,35.
3. Ks = 4,5 · 10⁻⁴ mol/L
Ergebnis:
4,5 · 10⁻⁴ 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

Eine Salzsäure hat die Konzentration c(HCl) = 0,01 mol/L und protolysiert vollständig. Bestimme: Wie groß ist ihr pH-Wert?

Schritt für Schritt

Vollständige Protolyse: c(H₃O⁺) = 0,01 mol/L.
pH = −lg 0,01.
pH = 2

Vollständige Protolyse: c(H₃O⁺) = 0,01 mol/L.
pH = −lg 0,01.
pH = 2

Ergebnis:

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) = 0,1 mol/L und protolysiert vollständig. Bestimme: Wie groß ist der pH-Wert, auf zwei Nachkommastellen gerundet?
So fängst du an:
Vollständige Protolyse: c(H₃O⁺) = 0,1 mol/L.
Lösung zeigen
1. Vollständige Protolyse: c(H₃O⁺) = 0,1 mol/L.
2. pH = −lg 0,1.
3. pH = 1,00
Ergebnis:
1,00
●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
Kalkwasser hat die Konzentration c(Ca(OH)₂) = 0,005 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 · 0,005 mol/L.
2. c(H₃O⁺) = 10⁻¹⁴ mol²/L² : c(OH⁻), also pH = 14 − pOH.
3. pH = 12,00
Ergebnis:
12,00

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 Salpetersäure werden bis zum Äquivalenzpunkt mit Kalilauge der Konzentration c = 0,10 mol/L titriert. Verbraucht werden 12,0 mL. Bestimme: Wie groß ist c(HNO₃)?

Schritt für Schritt

n(KOH) = 0,10 mol/L · 0,0120 L.
Am Äquivalenzpunkt gilt n(HNO₃) · 1 = n(KOH) · 1.
c(HNO₃) = n(HNO₃) : 0,0100 L = 0,12 mol/L

n(KOH) = 0,10 mol/L · 0,0120 L.
Am Äquivalenzpunkt gilt n(HNO₃) · 1 = n(KOH) · 1.
c(HNO₃) = n(HNO₃) : 0,0100 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 10,0 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 · 0,0100 L.
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
●17
20,0 mL Essigsäure in Speiseessig werden bis zum Äquivalenzpunkt mit Natronlauge der Konzentration c = 0,050 mol/L titriert. Verbraucht werden 60,0 mL. Bestimme: Wie groß ist c(CH₃COOH)?
Lösung zeigen
1. n(NaOH) = 0,050 mol/L · 0,0600 L.
2. Am Äquivalenzpunkt gilt n(CH₃COOH) · 1 = n(NaOH) · 1.
3. c(CH₃COOH) = n(CH₃COOH) : 0,0200 L = 0,15 mol/L
Ergebnis:
0,15 mol/L
★18
25,0 mL Schwefelsäure werden bis zum Äquivalenzpunkt mit Natronlauge der Konzentration c = 0,050 mol/L titriert. Verbraucht werden 150,0 mL. Jedes Schwefelsäure-Molekül gibt zwei Protonen ab. Bestimme: Wie groß ist c(H₂SO₄)?
Lösung zeigen
1. n(NaOH) = 0,050 mol/L · 0,1500 L.
2. Am Äquivalenzpunkt gilt n(H₂SO₄) · 2 = n(NaOH) · 1.
3. c(H₂SO₄) = n(H₂SO₄) : 0,0250 L = 0,15 mol/L
Ergebnis:
0,15 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 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?

Schritt für Schritt

Näherung für schwache Säuren: pH = ½ · (pKs − lg c₀).
pH = ½ · (3,86 − lg 0,5) = ½ · (3,86 + 0,30).
pH ≈ 2,1

Näherung für schwache Säuren: pH = ½ · (pKs − lg c₀).
pH = ½ · (3,86 − lg 0,5) = ½ · (3,86 + 0,30).
pH ≈ 2,1

Ergebnis:

2,1

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 hat bei 25 Grad Celsius den pH-Wert 3,2. Bestimme: Wie groß ist ihr pOH-Wert?
So fängst du an:
Bei 25 Grad Celsius gilt pH + pOH = 14.
Lösung zeigen
1. Bei 25 Grad Celsius gilt pH + pOH = 14.
2. pOH = 14 − 3,2.
3. pOH = 10,8
Ergebnis:
10,8
●20
Warum hat eine Essigsäure mit c = 0,1 mol/L einen höheren pH-Wert als eine Salzsäure gleicher Konzentration?
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
★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

Propansäure (pKs = 4,87) 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 = 4,87

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 = 4,87

Ergebnis:

4,87

AchtungReaktionspartner als korrespondierendes Paar gedeutet

So nicht

Welches Paar bildet ein Puffersystem → H₂PO₄⁻ und CH₃COO⁻

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
Eine schwache Säure wird mit Natronlauge titriert. Was gilt am Halbäquivalenzpunkt?
So fängst du an:
Die Hälfte der Säure ist zu A⁻ geworden.
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
●23
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⁻
★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

Wie reagiert eine wässrige Lösung von Natriumphosphat (Na₃PO₄)?

Schritt für Schritt

Kation und Anion werden getrennt betrachtet, ob sie mit Wasser reagieren.
Das Phosphat-Ion ist eine ziemlich starke Base und nimmt Protonen auf.
Also: basisch.

Kation und Anion werden getrennt betrachtet, ob sie mit Wasser reagieren.
Das Phosphat-Ion ist eine ziemlich starke Base und nimmt Protonen auf.
Also: basisch.

Ergebnis:

Basisch, das Anion nimmt Protonen auf

AchtungJede Salzlösung gilt als neutral

So nicht

Salze sind neutral, weil sie aus Säure und Base entstehen.

So richtig

Salze schwacher Säuren oder Basen reagieren sauer oder basisch, zum Beispiel NH₄Cl sauer und Na₂CO₃ basisch.

Miss den pH-Wert von Salzlösungen und vergleiche mit deiner Vorhersage.

ÜbenJetzt du

○25
Chloressigsäure (pKs = 2,9) ist stärker als Essigsäure (pKs = 4,8). Wie lässt sich das erklären?
So fängst du an:
Chlor ist elektronegativer als Kohlenstoff.
Lösung zeigen
1. Chlor ist elektronegativer als Kohlenstoff.
2. Es zieht Elektronen über die Bindungen an (induktiver Effekt).
3. Dadurch wird das Anion stabiler und die Säure stärker.
Ergebnis:
Das Chloratom zieht Elektronen an und stabilisiert das Anion
●26
Wie reagiert eine wässrige Lösung von Ammoniumnitrat (NH₄NO₃)?
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
★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 HF + H₂O ⇌ F⁻ + 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
●29
Das Teilchen C₆H₅NH₃⁺ 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
Für Benzoesäure gilt pKs = 4,20. Welche Säurekonstante Ks ergibt sich daraus?
Lösung zeigen
1. Ks = 10 hoch minus pKs.
2. Ks = 10 hoch minus 4,20.
3. Ks = 6,3 · 10⁻⁵ mol/L
Ergebnis:
6,3 · 10⁻⁵ mol/L
●31
Natronlauge hat die Konzentration c(NaOH) = 0,05 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 · 0,05 mol/L.
2. c(H₃O⁺) = 10⁻¹⁴ mol²/L² : c(OH⁻), also pH = 14 − pOH.
3. pH = 12,70
Ergebnis:
12,70
●32
25,0 mL Salzsäure werden bis zum Äquivalenzpunkt mit Bariumhydroxid-Lösung der Konzentration c = 0,20 mol/L titriert. Verbraucht werden 6,3 mL. Jede Formeleinheit liefert zwei Hydroxid-Ionen. Bestimme: Wie groß ist c(HCl)?
Lösung zeigen
1. n(Ba(OH)₂) = 0,20 mol/L · 0,0063 L.
2. Am Äquivalenzpunkt gilt n(HCl) · 1 = n(Ba(OH)₂) · 2.
3. c(HCl) = n(HCl) : 0,0250 L = 0,10 mol/L
Ergebnis:
0,10 mol/L
●33
Eine Lösung der Essigsäure (pKs = 4,76) hat die Anfangskonzentration c₀ = 0,005 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 0,005) = ½ · (4,76 + 2,30).
3. pH ≈ 3,5
Ergebnis:
3,5

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 H₂PO₄⁻ + OH⁻ → HPO₄²⁻ + H₂O gibt es zwei Teilchen mit je einer Rolle. Welche Rolle hat OH⁻?
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 F⁻ 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
Welche Beobachtung gehört zum Nachweis von Carbonat-Ionen?
Lösung zeigen
Ergebnis:
Mit verdünnter Salzsäure entweicht ein Gas, das Kalkwasser trübt
Ich wende das Massenwirkungsgesetz auf Protolysen an und deute Säurekonstante und pKs-Wert.
37
Wie lautet der Ausdruck für die Säurekonstante Ks der Protolyse C₆H₅COOH + H₂O ⇌ C₆H₅COO⁻ + H₃O⁺?
Lösung zeigen
Ergebnis:
Ks = c(H₃O⁺) · c(C₆H₅COO⁻) : c(C₆H₅COOH)
Ich leite das Ionenprodukt des Wassers her und berechne den pH-Wert starker Säuren.
38
Kalilauge hat die Konzentration c(KOH) = 0,05 mol/L und protolysiert vollständig. Bestimme: Wie groß ist der pH-Wert bei 25 Grad Celsius, auf zwei Nachkommastellen gerundet?
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Ergebnis:
12,70
Ich bestimme mit einer Säure-Base-Titration die Konzentration einer Säure oder Lauge.
39
10,0 mL Schwefelsäure werden bis zum Äquivalenzpunkt mit Natronlauge der Konzentration c = 0,050 mol/L titriert. Verbraucht werden 48,0 mL. Jedes Schwefelsäure-Molekül gibt zwei Protonen ab. Bestimme: Wie groß ist c(H₂SO₄)?
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Ergebnis:
0,12 mol/L
Ich berechne pOH-Wert, pKB-Wert und den pH-Wert schwacher Säuren und Basen (Leistungskurs).
40
Eine Lösung der Propansäure (pKs = 4,87) hat die Anfangskonzentration c₀ = 0,05 mol/L. Bestimme: Wie groß ist der pH-Wert nach der Näherung für schwache Säuren, auf eine Nachkommastelle gerundet?
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Ergebnis:
3,1
Ich deute Titrationskurven und erkläre Puffersysteme (Leistungskurs).
41
Das Ammonium-Ion (pKs = 9,25) wird mit Natronlauge titriert. Bestimme: Wie groß ist der pH-Wert am Halbäquivalenzpunkt?
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Ergebnis:
9,25
Ich erkläre mehrstufige Protolyse, den induktiven Effekt und den pH-Wert von Salzlösungen (Leistungskurs).
42
Citronensäure protolysiert in 3 Stufen mit den pKs-Werten 3,13, 4,76, 6,40. Bestimme: Welcher Wert gehört zur ersten Stufe?
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Ergebnis:
3,13

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
CH₃COOH mit CH₃COO⁻ sowie H₃O⁺ mit H₂O
Hin- und Rückreaktion laufen gleichzeitig und stellen ein Gleichgewicht ein
Nur Base, es kann Protonen aufnehmen, aber nicht abgeben
Ampholyt, es kann Protonen abgeben und zugleich aufnehmen
Die Aufnahme eines Protons gelingt dem Ion leichter als die Abgabe
Carbonat-Ionen
Nach Zugabe von Silbernitratlösung fällt ein weißer Niederschlag aus, der in Salpetersäure unlöslich ist
Erst mit Salpetersäure ansäuern, bis kein Gas mehr entweicht, dann Silbernitrat zugeben
7,2 · 10⁻⁴ mol/L
4,5 · 10⁻⁴ mol/L
Er bleibt gleich, nur der Anteil protolysierter Säure wächst
1,00
100
12,00
0,10 mol/L
0,15 mol/L
0,15 mol/L
10,8
Nur ein kleiner Teil der Essigsäure-Moleküle gibt ein Proton ab
11,1
Es gilt pH = pKs, weil c(HA) = c(A⁻) ist
HCO₃⁻ und CO₃²⁻
Auf den pKs-Wert der Essigsäure, also etwa 4,8
Das Chloratom zieht Elektronen an und stabilisiert das Anion
Sauer, das Kation gibt Protonen ab
Das hydratisierte Aluminium-Ion gibt Protonen an Wasser ab
Base, es nimmt ein Proton auf
Nur Säure, es kann Protonen abgeben, aber nicht aufnehmen
6,3 · 10⁻⁵ mol/L
12,70
0,10 mol/L
3,5
Base, es nimmt ein Proton auf
Nur Base, es kann Protonen aufnehmen, aber nicht abgeben
Mit verdünnter Salzsäure entweicht ein Gas, das Kalkwasser trübt
Ks = c(H₃O⁺) · c(C₆H₅COO⁻) : c(C₆H₅COOH)
12,70
0,12 mol/L
3,1
9,25
3,13