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 CO₃²⁻ + H₂O ⇌ HCO₃⁻ + OH⁻ 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 verliert ein Proton: Säure.

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

Ergebnis:

Säure, es gibt ein Proton ab

AchtungProtonendonator und Protonenakzeptor vertauscht

So nicht

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

So richtig

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

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

ÜbenJetzt du

○1
In der Protolyse HCO₃⁻ + H₃O⁺ → H₂CO₃ + H₂O gibt es zwei Teilchen mit je einer Rolle. Welche Rolle hat H₃O⁺?
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. H₃O⁺ wird vor und nach der Reaktion verglichen.
3. H₃O⁺ verliert ein Proton: Säure.
Ergebnis:
Säure, es gibt ein Proton ab
●2
In der Protolyse CO₃²⁻ + H₂O ⇌ HCO₃⁻ + OH⁻ gibt es zwei Teilchen mit je einer Rolle. Welche Rolle hat CO₃²⁻?
Lösung zeigen
1. Eine Säure gibt ein Proton ab, eine Base nimmt eines auf.
2. CO₃²⁻ wird vor und nach der Reaktion verglichen.
3. CO₃²⁻ 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

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?

Schritt für Schritt

Ein abspaltbares Wasserstoffatom: nein.
Ein freies Elektronenpaar zur Protonenaufnahme: ja.
Nur das zweite Merkmal: Base.

Ein abspaltbares Wasserstoffatom: nein.
Ein freies Elektronenpaar zur Protonenaufnahme: ja.
Nur das zweite Merkmal: Base.

Ergebnis:

Nur Base, es kann Protonen aufnehmen, aber nicht abgeben

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 HPO₄²⁻ 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 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
★6
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
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

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.
Universalindikatorpapier färbt sich beim Eintauchen blau bis violett.

Zuerst wird das Reagenz für Hydroxid-Ionen gesucht.
Dann folgt die kennzeichnende Beobachtung.
Universalindikatorpapier färbt sich beim Eintauchen blau bis violett.

Ergebnis:

Universalindikatorpapier färbt sich beim Eintauchen blau bis violett

AchtungBase nur als Stoff mit Hydroxid-Ionen verstanden

So nicht

Ammoniak ist keine Base, weil es keine Hydroxidgruppe enthält.

So richtig

Eine Base ist ein Protonenakzeptor. Ammoniak nimmt ein Proton auf und ist deshalb eine Base.

Frag dich: An welchem Atom des Teilchens sitzt ein freies Elektronenpaar, an das sich ein Proton binden kann?

ÜbenJetzt du

○7
Welches Ion zeigt die folgende Beobachtung an? Nach Zugabe von Silbernitratlösung fällt ein weißer Niederschlag aus, der in Salpetersäure unlöslich ist.
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 Chlorid-Ionen.
Ergebnis:
Chlorid-Ionen
●8
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
★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 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
Wie lautet der Ausdruck für die Säurekonstante Ks der Protolyse HClO + H₂O ⇌ ClO⁻ + H₃O⁺?
So fängst du an:
Im Zähler stehen die Produkte H₃O⁺ und ClO⁻.
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)
●11
Wie lautet der Ausdruck für die Säurekonstante Ks der Protolyse HCOOH + H₂O ⇌ HCOO⁻ + H₃O⁺?
Lösung zeigen
1. Im Zähler stehen die Produkte H₃O⁺ und HCOO⁻.
2. Im Nenner steht das Edukt HCOOH.
3. Wasser steht nicht im Ausdruck.
Ergebnis:
Ks = c(H₃O⁺) · c(HCOO⁻) : c(HCOOH)
★12
Eine Essigsäurelösung wird bei gleicher Temperatur auf das Zehnfache verdünnt. Wie ändert sich der Wert der Säurekonstante Ks?
Lösung zeigen
1. Ks hängt nur von der Temperatur ab.
2. Beim Verdünnen sinken alle Konzentrationen.
3. Das Gleichgewicht verschiebt sich zur Seite der Ionen, Ks bleibt gleich.
Ergebnis:
Er bleibt gleich, nur der Anteil protolysierter Säure wächst

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

MerkenpH-Wert

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

BeispielIonenprodukt des Wassers und pH-Wert starker Säuren

Lösung A hat den pH-Wert 3, Lösung B den pH-Wert 5. Bestimme: Wie viel mal so groß ist c(H₃O⁺) in Lösung A im Vergleich zu Lösung B?

Schritt für Schritt

Unterschied der pH-Werte: 2.
Jede Stufe bedeutet den Faktor 10.
Faktor 10 hoch 2 = 100

Unterschied der pH-Werte: 2.
Jede Stufe bedeutet den Faktor 10.
Faktor 10 hoch 2 = 100

Ergebnis:

100

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
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?
So fängst du an:
c(OH⁻) = 1 · 0,05 mol/L.
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
●14
Salpetersäure hat die Konzentration c(HNO₃) = 0,25 mol/L und protolysiert vollständig. Bestimme: Wie groß ist der pH-Wert, auf zwei Nachkommastellen gerundet?
Lösung zeigen
1. Vollständige Protolyse: c(H₃O⁺) = 0,25 mol/L.
2. pH = −lg 0,25.
3. pH = 0,60
Ergebnis:
0,60
★15
Natronlauge hat die Konzentration c(NaOH) = 0,005 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 · 0,005 mol/L.
2. c(H₃O⁺) = 10⁻¹⁴ mol²/L² : c(OH⁻), also pH = 14 − pOH.
3. pH = 11,70
Ergebnis:
11,70

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 Essigsäure in Speiseessig werden bis zum Äquivalenzpunkt mit Natronlauge der Konzentration c = 0,10 mol/L titriert. Verbraucht werden 20,0 mL. Bestimme: Wie groß ist c(CH₃COOH)?

Schritt für Schritt

n(NaOH) = 0,10 mol/L · 0,0200 L.
Am Äquivalenzpunkt gilt n(CH₃COOH) · 1 = n(NaOH) · 1.
c(CH₃COOH) = n(CH₃COOH) : 0,0250 L = 0,080 mol/L

n(NaOH) = 0,10 mol/L · 0,0200 L.
Am Äquivalenzpunkt gilt n(CH₃COOH) · 1 = n(NaOH) · 1.
c(CH₃COOH) = n(CH₃COOH) : 0,0250 L = 0,080 mol/L

Ergebnis:

0,080 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 Essigsäure in Speiseessig werden bis zum Äquivalenzpunkt mit Natronlauge der Konzentration c = 0,20 mol/L titriert. Verbraucht werden 18,8 mL. Bestimme: Wie groß ist c(CH₃COOH)?
So fängst du an:
n(NaOH) = 0,20 mol/L · 0,0188 L.
Lösung zeigen
1. n(NaOH) = 0,20 mol/L · 0,0188 L.
2. Am Äquivalenzpunkt gilt n(CH₃COOH) · 1 = n(NaOH) · 1.
3. c(CH₃COOH) = n(CH₃COOH) : 0,0250 L = 0,15 mol/L
Ergebnis:
0,15 mol/L
●17
20,0 mL Salzsäure werden bis zum Äquivalenzpunkt mit Bariumhydroxid-Lösung der Konzentration c = 0,20 mol/L titriert. Verbraucht werden 2,5 mL. Jede Formeleinheit liefert zwei Hydroxid-Ionen. Bestimme: Wie groß ist c(HCl)?
Lösung zeigen
1. n(Ba(OH)₂) = 0,20 mol/L · 0,0025 L.
2. Am Äquivalenzpunkt gilt n(HCl) · 1 = n(Ba(OH)₂) · 2.
3. c(HCl) = n(HCl) : 0,0200 L = 0,050 mol/L
Ergebnis:
0,050 mol/L
★18
20,0 mL Essigsäure in Speiseessig werden bis zum Äquivalenzpunkt mit Natronlauge der Konzentration c = 0,10 mol/L titriert. Verbraucht werden 40,0 mL. Bestimme: Wie groß ist c(CH₃COOH)?
Lösung zeigen
1. n(NaOH) = 0,10 mol/L · 0,0400 L.
2. Am Äquivalenzpunkt gilt n(CH₃COOH) · 1 = n(NaOH) · 1.
3. c(CH₃COOH) = n(CH₃COOH) : 0,0200 L = 0,20 mol/L
Ergebnis:
0,20 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 Flusssäure (pKs = 3,14) 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 · (3,14 − lg 0,2) = ½ · (3,14 + 0,70).
pH ≈ 1,9

Näherung für schwache Säuren: pH = ½ · (pKs − lg c₀).
pH = ½ · (3,14 − lg 0,2) = ½ · (3,14 + 0,70).
pH ≈ 1,9

Ergebnis:

1,9

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 = 0,1 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 0,1) = ½ · (3,75 + 1,00).
3. pH ≈ 2,4
Ergebnis:
2,4
●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

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

AchtungPuffer aus dem falschen Paar zusammengesetzt

So nicht

Welches Paar bildet ein Puffersystem → HClO₄ und ClO₄⁻

So richtig

Welches Paar bildet ein Puffersystem → H₂CO₃ und HCO₃⁻

Prüfe, ob die Säure schwach ist und ob die Base genau zu ihr gehört.

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
Propansäure (pKs = 4,87) 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 = 4,87
Ergebnis:
4,87
★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

Chloressigsäure (pKs = 2,9) ist stärker als Essigsäure (pKs = 4,8). Wie lässt sich das erklären?

Schritt für Schritt

Chlor ist elektronegativer als Kohlenstoff.
Es zieht Elektronen über die Bindungen an (induktiver Effekt).
Dadurch wird das Anion stabiler und die Säure stärker.

Chlor ist elektronegativer als Kohlenstoff.
Es zieht Elektronen über die Bindungen an (induktiver Effekt).
Dadurch wird das Anion stabiler und die Säure stärker.

Ergebnis:

Das Chloratom zieht Elektronen an und stabilisiert das Anion

AchtungSubstituenteneffekt auf die Acidität falsch gedeutet

So nicht

Das Chloratom schiebt Elektronen zum Carboxylat und macht die Säure schwächer.

So richtig

Chlor zieht Elektronen an, verteilt die negative Ladung des Anions und macht die Säure stärker.

Zeichne die Pfeile der Elektronenverschiebung in der Chloressigsäure ein.

ÜbenJetzt du

○25
Malonsäure protolysiert in 2 Stufen mit den pKs-Werten 2,83, 5,69. Bestimme: Welcher Wert gehört zur letzten 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 letzte Stufe hat den größten Wert: 5,69.
Ergebnis:
5,69
●26
Oxalsäure protolysiert in 2 Stufen mit den pKs-Werten 1,25, 4,27. Bestimme: Welcher Wert gehört zur letzten Stufe?
Lösung zeigen
1. Jede weitere Stufe ist schwächer als die vorige.
2. Der pKs-Wert wächst von Stufe zu Stufe.
3. Die letzte Stufe hat den größten Wert: 4,27.
Ergebnis:
4,27
★27
Wie kommt die Bindung zwischen einem Aluminium-Ion und einem Wassermolekül im Komplex [Al(H₂O)₆]³⁺ zustande?
Lösung zeigen
1. Das Wassermolekül hat freie Elektronenpaare am Sauerstoffatom.
2. Das Aluminium-Ion hat leere Plätze.
3. Das Paar des Liganden bildet die koordinative Bindung.
Ergebnis:
Das Sauerstoffatom stellt das bindende Elektronenpaar bereit

Vermischte Übungen

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

Üben

●28
Das Teilchen SO₃²⁻ 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
●29
Welche Beobachtung gehört zum Nachweis von Ammonium-Ionen?
Lösung zeigen
1. Zuerst wird das Reagenz für Ammonium-Ionen gesucht.
2. Dann folgt die kennzeichnende Beobachtung.
3. Mit Natronlauge entweicht ein Gas, das feuchtes Indikatorpapier blau färbt.
Ergebnis:
Mit Natronlauge entweicht ein Gas, das feuchtes Indikatorpapier blau färbt
●30
Für Blausäure gilt pKs = 9,21. Welche Säurekonstante Ks ergibt sich daraus?
Lösung zeigen
1. Ks = 10 hoch minus pKs.
2. Ks = 10 hoch minus 9,21.
3. Ks = 6,2 · 10⁻¹⁰ mol/L
Ergebnis:
6,2 · 10⁻¹⁰ mol/L
●31
Lösung A hat den pH-Wert 1, Lösung B den pH-Wert 4. 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
●32
10,0 mL Salzsäure werden bis zum Äquivalenzpunkt mit Natronlauge der Konzentration c = 0,050 mol/L titriert. Verbraucht werden 24,0 mL. Bestimme: Wie groß ist c(HCl)?
Lösung zeigen
1. n(NaOH) = 0,050 mol/L · 0,0240 L.
2. Am Äquivalenzpunkt gilt n(HCl) · 1 = n(NaOH) · 1.
3. c(HCl) = n(HCl) : 0,0100 L = 0,12 mol/L
Ergebnis:
0,12 mol/L
●33
Die Base Ammoniak hat den pKB-Wert 4,75. Bestimme: Wie groß ist der pKs-Wert des korrespondierenden Ammonium-Ions bei 25 Grad Celsius?
Lösung zeigen
1. Für ein korrespondierendes Paar gilt pKs + pKB = 14.
2. pKs = 14 − 4,75.
3. pKs = 9,25
Ergebnis:
9,25

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
Welche Beobachtung gehört zum Nachweis von Oxonium-Ionen?
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Ergebnis:
Ein Tropfen der Lösung färbt Universalindikatorpapier rot
Ich wende das Massenwirkungsgesetz auf Protolysen an und deute Säurekonstante und pKs-Wert.
37
Für Propansäure gilt pKs = 4,87. Welche Säurekonstante Ks ergibt sich daraus?
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Ergebnis:
1,3 · 10⁻⁵ mol/L
Ich leite das Ionenprodukt des Wassers her und berechne den pH-Wert starker Säuren.
38
Eine Salzsäure hat die Konzentration c(HCl) = 0,01 mol/L und protolysiert vollständig. Bestimme: Wie groß ist ihr pH-Wert?
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Ergebnis:
2
Ich bestimme mit einer Säure-Base-Titration die Konzentration einer Säure oder Lauge.
39
Bei der Titration von Salzsäure mit Natronlauge schlägt der Indikator um. Was gilt in diesem Moment, dem Äquivalenzpunkt?
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Ergebnis:
Die Stoffmenge an Hydroxid-Ionen ist gleich der Stoffmenge an Oxonium-Ionen
Ich berechne pOH-Wert, pKB-Wert und den pH-Wert schwacher Säuren und Basen (Leistungskurs).
40
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?
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Ergebnis:
2,88
Ich deute Titrationskurven und erkläre Puffersysteme (Leistungskurs).
41
Benzoesäure (pKs = 4,20) wird mit Natronlauge titriert. Bestimme: Wie groß ist der pH-Wert am Halbäquivalenzpunkt?
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Ergebnis:
4,20
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?
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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
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
Nur Base, es kann Protonen aufnehmen, aber nicht abgeben
Chlorid-Ionen
Hydroxid-Ionen
Erst mit Salpetersäure ansäuern, bis kein Gas mehr entweicht, dann Silbernitrat zugeben
Ks = c(H₃O⁺) · c(ClO⁻) : c(HClO)
Ks = c(H₃O⁺) · c(HCOO⁻) : c(HCOOH)
Er bleibt gleich, nur der Anteil protolysierter Säure wächst
12,70
0,60
11,70
0,15 mol/L
0,050 mol/L
0,20 mol/L
2,4
Nur ein kleiner Teil der Essigsäure-Moleküle gibt ein Proton ab
11,1
H₂CO₃ und HCO₃⁻
4,87
Auf den pKs-Wert der Essigsäure, also etwa 4,8
5,69
4,27
Das Sauerstoffatom stellt das bindende Elektronenpaar bereit
Nur Base, es kann Protonen aufnehmen, aber nicht abgeben
Mit Natronlauge entweicht ein Gas, das feuchtes Indikatorpapier blau färbt
6,2 · 10⁻¹⁰ mol/L
1000
0,12 mol/L
9,25
Base, es nimmt ein Proton auf
Ampholyt, es kann Protonen abgeben und zugleich aufnehmen
Ein Tropfen der Lösung färbt Universalindikatorpapier rot
1,3 · 10⁻⁵ mol/L
2
Die Stoffmenge an Hydroxid-Ionen ist gleich der Stoffmenge an Oxonium-Ionen
2,88
4,20
2,16