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 NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻ 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 H₂S + OH⁻ → HS⁻ + H₂O gibt es zwei Teilchen mit je einer Rolle. Welche Rolle hat H₂S?
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. H₂S wird vor und nach der Reaktion verglichen.
3. H₂S verliert ein Proton: Säure.
Ergebnis:
Säure, es gibt ein Proton ab
●2
In der Protolyse HCO₃⁻ + OH⁻ → CO₃²⁻ + H₂O gibt es zwei Teilchen mit je einer Rolle. Welche Rolle hat HCO₃⁻?
Lösung zeigen
1. Eine Säure gibt ein Proton ab, eine Base nimmt eines auf.
2. HCO₃⁻ wird vor und nach der Reaktion verglichen.
3. HCO₃⁻ 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 HS⁻ 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 HSO₃⁻ 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 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
★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 Hydroxid-Ionen?

Schritt für Schritt

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

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

Ergebnis:

Ein Tropfen der Lösung färbt Universalindikatorpapier tiefblau

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
Welche Beobachtung gehört zum Nachweis von Carbonat-Ionen?
So fängst du an:
Zuerst wird das Reagenz für Carbonat-Ionen gesucht.
Lösung zeigen
1. Zuerst wird das Reagenz für Carbonat-Ionen gesucht.
2. Dann folgt die kennzeichnende Beobachtung.
3. Beim Ansäuern sprudelt es, und das Gas lässt Kalkwasser milchig werden.
Ergebnis:
Beim Ansäuern sprudelt es, und das Gas lässt Kalkwasser milchig werden
●8
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
1. Silbernitrat fällt Halogenide und Carbonat.
2. Silbercarbonat löst sich in Säure.
3. Ein weißer Niederschlag, der bleibt, ist Silberchlorid.
Ergebnis:
Chlorid-Ionen
★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 das Hydrogencarbonat-Ion gilt pKs = 10,33. Welche Säurekonstante Ks ergibt sich daraus?

Schritt für Schritt

Ks = 10 hoch minus pKs.
Ks = 10 hoch minus 10,33.
Ks = 4,7 · 10⁻¹¹ mol/L

Ks = 10 hoch minus pKs.
Ks = 10 hoch minus 10,33.
Ks = 4,7 · 10⁻¹¹ mol/L

Ergebnis:

4,7 · 10⁻¹¹ 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
Wie lautet der Ausdruck für die Säurekonstante Ks der Protolyse HF + H₂O ⇌ F⁻ + H₃O⁺?
So fängst du an:
Im Zähler stehen die Produkte H₃O⁺ und F⁻.
Lösung zeigen
1. Im Zähler stehen die Produkte H₃O⁺ und F⁻.
2. Im Nenner steht das Edukt HF.
3. Wasser steht nicht im Ausdruck.
Ergebnis:
Ks = c(H₃O⁺) · c(F⁻) : c(HF)
●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
Für Milchsäure gilt pKs = 3,86. Welche Säurekonstante Ks ergibt sich daraus?
Lösung zeigen
1. Ks = 10 hoch minus pKs.
2. Ks = 10 hoch minus 3,86.
3. Ks = 1,4 · 10⁻⁴ mol/L
Ergebnis:
1,4 · 10⁻⁴ mol/L

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 2, Lösung B den pH-Wert 3. 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
Salpetersäure hat die Konzentration c(HNO₃) = 0,005 mol/L und protolysiert vollständig. Bestimme: Wie groß ist der pH-Wert, auf zwei Nachkommastellen gerundet?
So fängst du an:
Vollständige Protolyse: c(H₃O⁺) = 0,005 mol/L.
Lösung zeigen
1. Vollständige Protolyse: c(H₃O⁺) = 0,005 mol/L.
2. pH = −lg 0,005.
3. pH = 2,30
Ergebnis:
2,30
●14
Natronlauge der Konzentration c(NaOH) = 0,001 mol/L protolysiert vollständig. Bestimme: Wie groß ist ihr pH-Wert bei 25 Grad Celsius?
Lösung zeigen
1. c(OH⁻) = 0,001 mol/L = 10⁻³ mol/L.
2. c(H₃O⁺) = 10⁻¹⁴ mol²/L² : 10⁻³ mol/L = 10⁻¹¹ mol/L.
3. pH = 11
Ergebnis:
11
★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 Natronlauge der Konzentration c = 0,20 mol/L titriert. Verbraucht werden 15,0 mL. Bestimme: Wie groß ist c(HCl)?

Schritt für Schritt

n(NaOH) = 0,20 mol/L · 0,0150 L.
Am Äquivalenzpunkt gilt n(HCl) · 1 = n(NaOH) · 1.
c(HCl) = n(HCl) : 0,0200 L = 0,15 mol/L

n(NaOH) = 0,20 mol/L · 0,0150 L.
Am Äquivalenzpunkt gilt n(HCl) · 1 = n(NaOH) · 1.
c(HCl) = n(HCl) : 0,0200 L = 0,15 mol/L

Ergebnis:

0,15 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
Bei der Titration von Salzsäure mit Natronlauge schlägt der Indikator um. Was gilt in diesem Moment, dem Äquivalenzpunkt?
So fängst du an:
Der Indikator zeigt den Äquivalenzpunkt an.
Lösung zeigen
1. Der Indikator zeigt den Äquivalenzpunkt an.
2. Dort sind Säure und Lauge im Verhältnis der Gleichung zugegeben.
3. Es gilt n(OH⁻) = n(H₃O⁺).
Ergebnis:
Die Stoffmenge an Hydroxid-Ionen ist gleich der Stoffmenge an Oxonium-Ionen
●17
10,0 mL Salzsäure werden bis zum Äquivalenzpunkt mit Natronlauge der Konzentration c = 0,050 mol/L titriert. Verbraucht werden 30,0 mL. Bestimme: Wie groß ist c(HCl)?
Lösung zeigen
1. n(NaOH) = 0,050 mol/L · 0,0300 L.
2. Am Äquivalenzpunkt gilt n(HCl) · 1 = n(NaOH) · 1.
3. c(HCl) = n(HCl) : 0,0100 L = 0,15 mol/L
Ergebnis:
0,15 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 9,7. Bestimme: Wie groß ist ihr pOH-Wert?

Schritt für Schritt

Bei 25 Grad Celsius gilt pH + pOH = 14.
pOH = 14 − 9,7.
pOH = 4,3

Bei 25 Grad Celsius gilt pH + pOH = 14.
pOH = 14 − 9,7.
pOH = 4,3

Ergebnis:

4,3

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
Eine Lösung hat bei 25 Grad Celsius den pH-Wert 10,6. 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 − 10,6.
3. pOH = 3,4
Ergebnis:
3,4
●20
Bestimme: Wie groß ist der pH-Wert einer Essigsäure mit c₀ = 0,10 mol/L und pKs = 4,76 nach der Näherung für schwache Säuren?
Lösung zeigen
1. Näherung für schwache Säuren: pH = ½ · (pKs − lg c₀).
2. pH = ½ · (4,76 − lg 0,10) = ½ · (4,76 + 1,00).
3. pH = 2,88
Ergebnis:
2,88
★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

Das Ammonium-Ion (pKs = 9,25) 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 = 9,25

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 = 9,25

Ergebnis:

9,25

AchtungReaktionspartner als korrespondierendes Paar gedeutet

So nicht

Welches Paar bildet ein Puffersystem → C₆H₅COOH und CH₃COO⁻

So richtig

Welches Paar bildet ein Puffersystem → HCN und CN⁻

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. HCN und CN⁻
Ergebnis:
HCN und CN⁻
●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
Blausäure (pKs = 9,21) 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 = 9,21
Ergebnis:
9,21

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 Natriumfluorid (NaF)?

Schritt für Schritt

Kation und Anion werden getrennt betrachtet, ob sie mit Wasser reagieren.
Das Fluorid-Ion ist die Base der schwachen Flusssäure und nimmt Protonen auf.
Also: basisch.

Kation und Anion werden getrennt betrachtet, ob sie mit Wasser reagieren.
Das Fluorid-Ion ist die Base der schwachen Flusssäure 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
Wie reagiert eine wässrige Lösung von Natriumchlorid (NaCl)?
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. Natrium-Ionen und Chlorid-Ionen stammen aus einer starken Base und einer starken Säure und reagieren nicht mit Wasser.
3. Also: neutral.
Ergebnis:
Neutral, kein Ion reagiert mit Wasser
●26
Kohlensäure protolysiert in 2 Stufen mit den pKs-Werten 6,35, 10,33. 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: 6,35.
Ergebnis:
6,35
★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 HCl + H₂O → Cl⁻ + H₃O⁺ gibt es zwei Teilchen mit je einer Rolle. Welche Rolle hat HCl?
Lösung zeigen
1. Eine Säure gibt ein Proton ab, eine Base nimmt eines auf.
2. HCl wird vor und nach der Reaktion verglichen.
3. HCl verliert ein Proton: Säure.
Ergebnis:
Säure, es gibt ein Proton ab
●29
Das Teilchen H₂PO₄⁻ 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
●30
Für Ameisensäure gilt pKs = 3,75. Welche Säurekonstante Ks ergibt sich daraus?
Lösung zeigen
1. Ks = 10 hoch minus pKs.
2. Ks = 10 hoch minus 3,75.
3. Ks = 1,8 · 10⁻⁴ mol/L
Ergebnis:
1,8 · 10⁻⁴ mol/L
●31
Salpetersäure hat die Konzentration c(HNO₃) = 0,002 mol/L und protolysiert vollständig. Bestimme: Wie groß ist der pH-Wert, auf zwei Nachkommastellen gerundet?
Lösung zeigen
1. Vollständige Protolyse: c(H₃O⁺) = 0,002 mol/L.
2. pH = −lg 0,002.
3. pH = 2,70
Ergebnis:
2,70
●32
20,0 mL Salzsäure werden bis zum Äquivalenzpunkt mit Bariumhydroxid-Lösung der Konzentration c = 0,10 mol/L titriert. Verbraucht werden 8,0 mL. Jede Formeleinheit liefert zwei Hydroxid-Ionen. Bestimme: Wie groß ist c(HCl)?
Lösung zeigen
1. n(Ba(OH)₂) = 0,10 mol/L · 0,0080 L.
2. Am Äquivalenzpunkt gilt n(HCl) · 1 = n(Ba(OH)₂) · 2.
3. c(HCl) = n(HCl) : 0,0200 L = 0,080 mol/L
Ergebnis:
0,080 mol/L
●33
Eine Lösung der Ameisensäure (pKs = 3,75) 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 · (3,75 − lg 0,1) = ½ · (3,75 + 1,00).
3. pH ≈ 2,4
Ergebnis:
2,4

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
Welches Ion zeigt die folgende Beobachtung an? Ein Tropfen der Lösung färbt Universalindikatorpapier tiefblau.
Lösung zeigen
Ergebnis:
Hydroxid-Ionen
Ich wende das Massenwirkungsgesetz auf Protolysen an und deute Säurekonstante und pKs-Wert.
37
Wie lautet der Ausdruck für die Säurekonstante Ks der Protolyse CH₃COOH + H₂O ⇌ CH₃COO⁻ + H₃O⁺?
Lösung zeigen
Ergebnis:
Ks = c(H₃O⁺) · c(CH₃COO⁻) : c(CH₃COOH)
Ich leite das Ionenprodukt des Wassers her und berechne den pH-Wert starker Säuren.
38
Bariumhydroxid-Lösung hat die Konzentration c(Ba(OH)₂) = 0,01 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
Ergebnis:
12,30
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 75,0 mL. Bestimme: Wie groß ist c(HCl)?
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Ergebnis:
0,15 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?
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Ergebnis:
1,4
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
Kohlensäure protolysiert in 2 Stufen mit den pKs-Werten 6,35, 10,33. Bestimme: Welcher Wert gehört zur ersten Stufe?
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Ergebnis:
6,35

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

Säure, es gibt ein Proton ab
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 Säure, es kann Protonen abgeben, aber nicht aufnehmen
Die Aufnahme eines Protons gelingt dem Ion leichter als die Abgabe
Beim Ansäuern sprudelt es, und das Gas lässt Kalkwasser milchig werden
Chlorid-Ionen
Erst mit Salpetersäure ansäuern, bis kein Gas mehr entweicht, dann Silbernitrat zugeben
Ks = c(H₃O⁺) · c(F⁻) : c(HF)
4,5 · 10⁻⁴ mol/L
1,4 · 10⁻⁴ mol/L
2,30
11
5
Die Stoffmenge an Hydroxid-Ionen ist gleich der Stoffmenge an Oxonium-Ionen
0,15 mol/L
0,10 mol/L
3,4
2,88
11,1
HCN und CN⁻
Es gilt pH = pKs, weil c(HA) = c(A⁻) ist
9,21
Neutral, kein Ion reagiert mit Wasser
6,35
Das hydratisierte Aluminium-Ion gibt Protonen an Wasser ab
Säure, es gibt ein Proton ab
Ampholyt, es kann Protonen abgeben und zugleich aufnehmen
1,8 · 10⁻⁴ mol/L
2,70
0,080 mol/L
2,4
Base, es nimmt ein Proton auf
Nur Base, es kann Protonen aufnehmen, aber nicht abgeben
Hydroxid-Ionen
Ks = c(H₃O⁺) · c(CH₃COO⁻) : c(CH₃COOH)
12,30
0,15 mol/L
1,4
9,25
6,35