Chemie · Klasse 13 · Kapitel

Andere Zahlen Üben Basiswissen Alle 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

Chlorwasserstoff reagiert mit Wasser: HCl + H₂O → Cl⁻ + H₃O⁺. Welche Rolle hat das Wassermolekül in dieser Reaktion?

Schritt für Schritt

Das HCl-Molekül gibt ein Proton ab.
Das Wassermolekül nimmt es auf.
Wer ein Proton aufnimmt, ist die Base.

Das HCl-Molekül gibt ein Proton ab.
Das Wassermolekül nimmt es auf.
Wer ein Proton aufnimmt, ist die 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 HSO₄⁻ + H₂O ⇌ SO₄²⁻ + H₃O⁺ gibt es zwei Teilchen mit je einer Rolle. Welche Rolle hat HSO₄⁻?
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. HSO₄⁻ wird vor und nach der Reaktion verglichen.
3. HSO₄⁻ verliert ein Proton: Säure.
Ergebnis:
Säure, es gibt ein Proton ab
●2
In der Protolyse CH₃COOH + H₂O ⇌ CH₃COO⁻ + H₃O⁺ gibt es zwei Teilchen mit je einer Rolle. Welche Rolle hat CH₃COOH?
Lösung zeigen
1. Eine Säure gibt ein Proton ab, eine Base nimmt eines auf.
2. CH₃COOH wird vor und nach der Reaktion verglichen.
3. CH₃COOH 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

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 HCOO⁻ 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 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

Welche Beobachtung gehört zum Nachweis von Carbonat-Ionen?

Schritt für Schritt

Zuerst wird das Reagenz für Carbonat-Ionen gesucht.
Dann folgt die kennzeichnende Beobachtung.
Beim Ansäuern sprudelt es, und das Gas lässt Kalkwasser milchig werden.

Zuerst wird das Reagenz für Carbonat-Ionen gesucht.
Dann folgt die kennzeichnende Beobachtung.
Beim Ansäuern sprudelt es, und das Gas lässt Kalkwasser milchig werden.

Ergebnis:

Beim Ansäuern sprudelt es, und das Gas lässt Kalkwasser milchig werden

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
Welches Ion zeigt die folgende Beobachtung an? Mit Silbernitratlösung fällt ein gelber, in Salpetersäure unlöslicher Niederschlag aus.
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 Bromid-Ionen.
Ergebnis:
Bromid-Ionen
●8
Welches Ion zeigt die folgende Beobachtung an? Mit Silbernitratlösung entsteht ein gelblicher Niederschlag, der sich in verdünnter Ammoniaklösung kaum löst.
Lösung zeigen
1. Die Beobachtung wird den Nachweisreaktionen zugeordnet.
2. Niederschlagsfarbe und Löslichkeit entscheiden.
3. Das gehört zu Bromid-Ionen.
Ergebnis:
Bromid-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

Wie lautet der Ausdruck für die Säurekonstante Ks der Protolyse CH₃COOH + H₂O ⇌ CH₃COO⁻ + H₃O⁺?

Schritt für Schritt

Im Zähler stehen die Produkte H₃O⁺ und CH₃COO⁻.
Im Nenner steht das Edukt CH₃COOH.
Wasser steht nicht im Ausdruck.

Im Zähler stehen die Produkte H₃O⁺ und CH₃COO⁻.
Im Nenner steht das Edukt CH₃COOH.
Wasser steht nicht im Ausdruck.

Ergebnis:

Ks = c(H₃O⁺) · c(CH₃COO⁻) : c(CH₃COOH)

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
Für salpetrige Säure gilt pKs = 3,35. 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 3,35.
3. Ks = 4,5 · 10⁻⁴ mol/L
Ergebnis:
4,5 · 10⁻⁴ mol/L
●11
Für das Hydrogencarbonat-Ion gilt pKs = 10,33. Welche Säurekonstante Ks ergibt sich daraus?
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
★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

Warum ist reines Wasser bei 25 Grad Celsius neutral, obwohl es Ionen enthält?

Schritt für Schritt

Wasser reagiert mit sich selbst: 2 H₂O ⇌ H₃O⁺ + OH⁻.
Beide Ionensorten entstehen im gleichen Verhältnis.
Bei 25 Grad Celsius sind es je 10⁻⁷ mol/L.

Wasser reagiert mit sich selbst: 2 H₂O ⇌ H₃O⁺ + OH⁻.
Beide Ionensorten entstehen im gleichen Verhältnis.
Bei 25 Grad Celsius sind es je 10⁻⁷ mol/L.

Ergebnis:

Es enthält je 10⁻⁷ mol/L Oxonium- und Hydroxid-Ionen

AchtungFalsche Vorstellung von den Ionen im Wasser

So nicht

Reines Wasser enthält keine Ionen.

So richtig

Wasser protolysiert in geringem Maß selbst. Bei 25 Grad Celsius sind es je 10⁻⁷ mol/L Oxonium- und Hydroxid-Ionen.

Berechne aus Kw = 10⁻¹⁴ mol²/L², wie groß c(H₃O⁺) in reinem Wasser ist.

ÜbenJetzt du

○13
Lösung A hat den pH-Wert 4, Lösung B den pH-Wert 5. Bestimme: Wie viel mal so groß ist c(H₃O⁺) in Lösung A im Vergleich zu Lösung B?
So fängst du an:
Unterschied der pH-Werte: 1.
Lösung zeigen
1. Unterschied der pH-Werte: 1.
2. Jede Stufe bedeutet den Faktor 10.
3. Faktor 10 hoch 1 = 10
Ergebnis:
10
●14
Lösung A hat den pH-Wert 4, Lösung B den pH-Wert 7. Bestimme: Wie viel mal so groß ist c(H₃O⁺) in Lösung A im Vergleich zu Lösung B?
Lösung zeigen
1. Unterschied der pH-Werte: 3.
2. Jede Stufe bedeutet den Faktor 10.
3. Faktor 10 hoch 3 = 1000
Ergebnis:
1000
★15
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?
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

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

25,0 mL Salzsäure werden bis zum Äquivalenzpunkt mit Bariumhydroxid-Lösung der Konzentration c = 0,20 mol/L titriert. Verbraucht werden 9,4 mL. Jede Formeleinheit liefert zwei Hydroxid-Ionen. Bestimme: Wie groß ist c(HCl)?

Schritt für Schritt

n(Ba(OH)₂) = 0,20 mol/L · 0,0094 L.
Am Äquivalenzpunkt gilt n(HCl) · 1 = n(Ba(OH)₂) · 2.
c(HCl) = n(HCl) : 0,0250 L = 0,15 mol/L

n(Ba(OH)₂) = 0,20 mol/L · 0,0094 L.
Am Äquivalenzpunkt gilt n(HCl) · 1 = n(Ba(OH)₂) · 2.
c(HCl) = n(HCl) : 0,0250 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
25,0 mL Salzsäure werden bis zum Äquivalenzpunkt mit Bariumhydroxid-Lösung der Konzentration c = 0,20 mol/L titriert. Verbraucht werden 3,1 mL. Jede Formeleinheit liefert zwei Hydroxid-Ionen. Bestimme: Wie groß ist c(HCl)?
So fängst du an:
n(Ba(OH)₂) = 0,20 mol/L · 0,0031 L.
Lösung zeigen
1. n(Ba(OH)₂) = 0,20 mol/L · 0,0031 L.
2. Am Äquivalenzpunkt gilt n(HCl) · 1 = n(Ba(OH)₂) · 2.
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 = 0,20 mol/L titriert. Verbraucht werden 5,0 mL. Bestimme: Wie groß ist c(HCl)?
Lösung zeigen
1. n(NaOH) = 0,20 mol/L · 0,0050 L.
2. Am Äquivalenzpunkt gilt n(HCl) · 1 = n(NaOH) · 1.
3. c(HCl) = n(HCl) : 0,0200 L = 0,050 mol/L
Ergebnis:
0,050 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 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?

Schritt für Schritt

Näherung für schwache Säuren: pH = ½ · (pKs − lg c₀).
pH = ½ · (3,75 − lg 0,2) = ½ · (3,75 + 0,70).
pH ≈ 2,2

Näherung für schwache Säuren: pH = ½ · (pKs − lg c₀).
pH = ½ · (3,75 − lg 0,2) = ½ · (3,75 + 0,70).
pH ≈ 2,2

Ergebnis:

2,2

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 Propansäure (pKs = 4,87) hat die Anfangskonzentration c₀ = 0,01 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 · (4,87 − lg 0,01) = ½ · (4,87 + 2,00).
3. pH ≈ 3,4
Ergebnis:
3,4
●20
Eine Lösung der Propansäure (pKs = 4,87) 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 · (4,87 − lg 0,1) = ½ · (4,87 + 1,00).
3. pH ≈ 2,9
Ergebnis:
2,9
★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

Welches Paar bildet ein Puffersystem?

Schritt für Schritt

Ein Puffer enthält eine schwache Säure und ihre korrespondierende Base.
Das Paar unterscheidet sich um ein Proton.
H₂CO₃ und HCO₃⁻

Ein Puffer enthält eine schwache Säure und ihre korrespondierende Base.
Das Paar unterscheidet sich um ein Proton.
H₂CO₃ und HCO₃⁻

Ergebnis:

H₂CO₃ und HCO₃⁻

AchtungReaktionspartner als korrespondierendes Paar gedeutet

So nicht

Welches Paar bildet ein Puffersystem → HCN 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
Propansäure (pKs = 4,87) 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 = 4,87
Ergebnis:
4,87
●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

Wie reagiert eine wässrige Lösung von Natriumchlorid (NaCl)?

Schritt für Schritt

Kation und Anion werden getrennt betrachtet, ob sie mit Wasser reagieren.
Natrium-Ionen und Chlorid-Ionen stammen aus einer starken Base und einer starken Säure und reagieren nicht mit Wasser.
Also: neutral.

Kation und Anion werden getrennt betrachtet, ob sie mit Wasser reagieren.
Natrium-Ionen und Chlorid-Ionen stammen aus einer starken Base und einer starken Säure und reagieren nicht mit Wasser.
Also: neutral.

Ergebnis:

Neutral, kein Ion reagiert mit Wasser

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
Phosphorsäure protolysiert in 3 Stufen mit den pKs-Werten 2,16, 7,21, 12,32. Bestimme: Welcher Wert gehört zur ersten Stufe?
So fängst du an:
Jede weitere Stufe ist schwächer als die vorige.
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: 2,16.
Ergebnis:
2,16
●26
Oxalsäure protolysiert in 2 Stufen mit den pKs-Werten 1,25, 4,27. 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: 1,25.
Ergebnis:
1,25
★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
Welches Teilchen bildet mit dem Ammonium-Ion NH₄⁺ ein korrespondierendes Säure-Base-Paar?
Lösung zeigen
1. Ein korrespondierendes Paar unterscheidet sich um genau ein Proton.
2. NH₄⁺ gibt ein Proton ab.
3. Es bleibt NH₃.
Ergebnis:
NH₃, das Ammoniak
●29
Das Teilchen CO₃²⁻ 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
●30
Welche Beobachtung gehört zum Nachweis von Hydroxid-Ionen?
Lösung zeigen
1. Zuerst wird das Reagenz für Hydroxid-Ionen gesucht.
2. Dann folgt die kennzeichnende Beobachtung.
3. Ein Tropfen der Lösung färbt Universalindikatorpapier tiefblau.
Ergebnis:
Ein Tropfen der Lösung färbt Universalindikatorpapier tiefblau
●31
Essigsäure hat den pKs-Wert 4,76, Ameisensäure den pKs-Wert 3,75. Welche Säure ist stärker?
Lösung zeigen
1. pKs = −lg Ks.
2. Ein kleinerer pKs-Wert heißt ein größeres Ks.
3. Ameisensäure ist deshalb die stärkere Säure.
Ergebnis:
Ameisensäure, denn ihr pKs-Wert ist kleiner
●32
Bariumhydroxid-Lösung hat die Konzentration c(Ba(OH)₂) = 0,002 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 · 0,002 mol/L.
2. c(H₃O⁺) = 10⁻¹⁴ mol²/L² : c(OH⁻), also pH = 14 − pOH.
3. pH = 11,60
Ergebnis:
11,60
●33
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)?
Lösung zeigen
1. n(KOH) = 0,10 mol/L · 0,0120 L.
2. Am Äquivalenzpunkt gilt n(HNO₃) · 1 = n(KOH) · 1.
3. c(HNO₃) = n(HNO₃) : 0,0100 L = 0,12 mol/L
Ergebnis:
0,12 mol/L

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 HS⁻ 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
Ergebnis:
Ampholyt, es kann Protonen abgeben und zugleich aufnehmen
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
Für Essigsäure gilt pKs = 4,76. Welche Säurekonstante Ks ergibt sich daraus?
Lösung zeigen
Ergebnis:
1,7 · 10⁻⁵ mol/L
Ich leite das Ionenprodukt des Wassers her und berechne den pH-Wert starker Säuren.
38
Salzsäure hat die Konzentration c(HCl) = 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
10,0 mL Schwefelsäure werden bis zum Äquivalenzpunkt mit Natronlauge der Konzentration c = 0,20 mol/L titriert. Verbraucht werden 5,0 mL. Jedes Schwefelsäure-Molekül gibt zwei Protonen ab. Bestimme: Wie groß ist c(H₂SO₄)?
Lösung zeigen
Ergebnis:
0,050 mol/L
Ich berechne pOH-Wert, pKB-Wert und den pH-Wert schwacher Säuren und Basen (Leistungskurs).
40
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
Ergebnis:
2,1
Ich deute Titrationskurven und erkläre Puffersysteme (Leistungskurs).
41
Welches Paar bildet ein Puffersystem?
Lösung zeigen
Ergebnis:
H₂PO₄⁻ und HPO₄²⁻
Ich erkläre mehrstufige Protolyse, den induktiven Effekt und den pH-Wert von Salzlösungen (Leistungskurs).
42
Phosphorsäure protolysiert in 3 Stufen mit den pKs-Werten 2,16, 7,21, 12,32. Bestimme: Welcher Wert gehört zur ersten Stufe?
Lösung zeigen
Ergebnis:
2,16

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
Nur Base, es kann Protonen aufnehmen, aber nicht abgeben
Nur Base, es kann Protonen aufnehmen, aber nicht abgeben
Die Aufnahme eines Protons gelingt dem Ion leichter als die Abgabe
Bromid-Ionen
Bromid-Ionen
Erst mit Salpetersäure ansäuern, bis kein Gas mehr entweicht, dann Silbernitrat zugeben
4,5 · 10⁻⁴ mol/L
4,7 · 10⁻¹¹ mol/L
Er bleibt gleich, nur der Anteil protolysierter Säure wächst
10
1000
12,70
0,050 mol/L
0,050 mol/L
0,10 mol/L
3,4
2,9
11,1
4,87
Das Acetat-Ion ist eine Base und reagiert mit Wasser zu Hydroxid-Ionen
Auf den pKs-Wert der Essigsäure, also etwa 4,8
2,16
1,25
Das hydratisierte Aluminium-Ion gibt Protonen an Wasser ab
NH₃, das Ammoniak
Nur Base, es kann Protonen aufnehmen, aber nicht abgeben
Ein Tropfen der Lösung färbt Universalindikatorpapier tiefblau
Ameisensäure, denn ihr pKs-Wert ist kleiner
11,60
0,12 mol/L
Base, es nimmt ein Proton auf
Ampholyt, es kann Protonen abgeben und zugleich aufnehmen
Hydroxid-Ionen
1,7 · 10⁻⁵ mol/L
2,70
0,050 mol/L
2,1
H₂PO₄⁻ und HPO₄²⁻
2,16