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 HPO₄²⁻ + H₃O⁺ → H₂PO₄⁻ + H₂O gibt es zwei Teilchen mit je einer Rolle. Welche Rolle hat HPO₄²⁻?

Schritt für Schritt

Eine Säure gibt ein Proton ab, eine Base nimmt eines auf.
HPO₄²⁻ wird vor und nach der Reaktion verglichen.
HPO₄²⁻ gewinnt ein Proton: Base.

Eine Säure gibt ein Proton ab, eine Base nimmt eines auf.
HPO₄²⁻ wird vor und nach der Reaktion verglichen.
HPO₄²⁻ 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 CO₃²⁻ + H₂O ⇌ HCO₃⁻ + OH⁻ gibt es zwei Teilchen mit je einer Rolle. Welche Rolle hat CO₃²⁻?
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. CO₃²⁻ wird vor und nach der Reaktion verglichen.
3. CO₃²⁻ 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

Welches Strukturmerkmal macht ein Teilchen zum Protonendonator?

Schritt für Schritt

Ein Donator gibt ein Proton ab.
Dafür muss ein Wasserstoffatom vorhanden sein.
Es ist so polar gebunden, dass es sich als Proton löst.

Ein Donator gibt ein Proton ab.
Dafür muss ein Wasserstoffatom vorhanden sein.
Es ist so polar gebunden, dass es sich als Proton löst.

Ergebnis:

Ein polar gebundenes Wasserstoffatom

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

○4
Das Teilchen CN⁻ 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

Welches Ion zeigt die folgende Beobachtung an? Nach Zugabe von Silbernitratlösung fällt ein weißer Niederschlag aus, der in Salpetersäure unlöslich ist.

Schritt für Schritt

Die Beobachtung wird den Nachweisreaktionen zugeordnet.
Niederschlagsfarbe und Löslichkeit entscheiden.
Das gehört zu Chlorid-Ionen.

Die Beobachtung wird den Nachweisreaktionen zugeordnet.
Niederschlagsfarbe und Löslichkeit entscheiden.
Das gehört zu Chlorid-Ionen.

Ergebnis:

Chlorid-Ionen

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 Bromid-Ionen?
So fängst du an:
Zuerst wird das Reagenz für Bromid-Ionen gesucht.
Lösung zeigen
1. Zuerst wird das Reagenz für Bromid-Ionen gesucht.
2. Dann folgt die kennzeichnende Beobachtung.
3. Mit Silbernitratlösung fällt ein gelber, in Salpetersäure unlöslicher Niederschlag aus.
Ergebnis:
Mit Silbernitratlösung fällt ein gelber, in Salpetersäure unlöslicher Niederschlag aus
●8
Welche Beobachtung gehört zum Nachweis von Carbonat-Ionen?
Lösung zeigen
1. Zuerst wird das Reagenz für Carbonat-Ionen gesucht.
2. Dann folgt die kennzeichnende Beobachtung.
3. Mit verdünnter Salzsäure entweicht ein Gas, das Kalkwasser trübt.
Ergebnis:
Mit verdünnter Salzsäure entweicht ein Gas, das Kalkwasser trübt
★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 Ammonium-Ion gilt pKs = 9,25. Welche Säurekonstante Ks ergibt sich daraus?

Schritt für Schritt

Ks = 10 hoch minus pKs.
Ks = 10 hoch minus 9,25.
Ks = 5,6 · 10⁻¹⁰ mol/L

Ks = 10 hoch minus pKs.
Ks = 10 hoch minus 9,25.
Ks = 5,6 · 10⁻¹⁰ mol/L

Ergebnis:

5,6 · 10⁻¹⁰ 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 Blausäure gilt pKs = 9,21. 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 9,21.
3. Ks = 6,2 · 10⁻¹⁰ mol/L
Ergebnis:
6,2 · 10⁻¹⁰ mol/L
●11
Wie lautet der Ausdruck für die Säurekonstante Ks der Protolyse C₆H₅COOH + H₂O ⇌ C₆H₅COO⁻ + H₃O⁺?
Lösung zeigen
1. Im Zähler stehen die Produkte H₃O⁺ und C₆H₅COO⁻.
2. Im Nenner steht das Edukt C₆H₅COOH.
3. Wasser steht nicht im Ausdruck.
Ergebnis:
Ks = c(H₃O⁺) · c(C₆H₅COO⁻) : c(C₆H₅COOH)
★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

Bariumhydroxid-Lösung hat die Konzentration c(Ba(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?

Schritt für Schritt

c(OH⁻) = 2 · 0,005 mol/L.
c(H₃O⁺) = 10⁻¹⁴ mol²/L² : c(OH⁻), also pH = 14 − pOH.
pH = 12,00

c(OH⁻) = 2 · 0,005 mol/L.
c(H₃O⁺) = 10⁻¹⁴ mol²/L² : c(OH⁻), also pH = 14 − pOH.
pH = 12,00

Ergebnis:

12,00

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

○13
Perchlorsäure hat die Konzentration c(HClO₄) = 0,05 mol/L und protolysiert vollständig. Bestimme: Wie groß ist der pH-Wert, auf zwei Nachkommastellen gerundet?
So fängst du an:
Vollständige Protolyse: c(H₃O⁺) = 0,05 mol/L.
Lösung zeigen
1. Vollständige Protolyse: c(H₃O⁺) = 0,05 mol/L.
2. pH = −lg 0,05.
3. pH = 1,30
Ergebnis:
1,30
●14
Bromwasserstoffsäure hat die Konzentration c(HBr) = 0,1 mol/L und protolysiert vollständig. Bestimme: Wie groß ist der pH-Wert, auf zwei Nachkommastellen gerundet?
Lösung zeigen
1. Vollständige Protolyse: c(H₃O⁺) = 0,1 mol/L.
2. pH = −lg 0,1.
3. pH = 1,00
Ergebnis:
1,00
★15
Lösung A hat den pH-Wert 7, Lösung B den pH-Wert 8. Bestimme: Wie viel mal so groß ist c(H₃O⁺) in Lösung A im Vergleich zu Lösung B?
Lösung zeigen
1. Unterschied der pH-Werte: 1.
2. Jede Stufe bedeutet den Faktor 10.
3. Faktor 10 hoch 1 = 10
Ergebnis:
10

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 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)?

Schritt für Schritt

n(Ba(OH)₂) = 0,20 mol/L · 0,0025 L.
Am Äquivalenzpunkt gilt n(HCl) · 1 = n(Ba(OH)₂) · 2.
c(HCl) = n(HCl) : 0,0100 L = 0,10 mol/L

n(Ba(OH)₂) = 0,20 mol/L · 0,0025 L.
Am Äquivalenzpunkt gilt n(HCl) · 1 = n(Ba(OH)₂) · 2.
c(HCl) = n(HCl) : 0,0100 L = 0,10 mol/L

Ergebnis:

0,10 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 Schwefelsäure werden bis zum Äquivalenzpunkt mit Natronlauge der Konzentration c = 0,10 mol/L titriert. Verbraucht werden 24,0 mL. Jedes Schwefelsäure-Molekül gibt zwei Protonen ab. Bestimme: Wie groß ist c(H₂SO₄)?
So fängst du an:
n(NaOH) = 0,10 mol/L · 0,0240 L.
Lösung zeigen
1. n(NaOH) = 0,10 mol/L · 0,0240 L.
2. Am Äquivalenzpunkt gilt n(H₂SO₄) · 2 = n(NaOH) · 1.
3. c(H₂SO₄) = n(H₂SO₄) : 0,0100 L = 0,12 mol/L
Ergebnis:
0,12 mol/L
●17
10,0 mL Salpetersäure werden bis zum Äquivalenzpunkt mit Kalilauge der Konzentration c = 0,050 mol/L titriert. Verbraucht werden 50,0 mL. Bestimme: Wie groß ist c(HNO₃)?
Lösung zeigen
1. n(KOH) = 0,050 mol/L · 0,0500 L.
2. Am Äquivalenzpunkt gilt n(HNO₃) · 1 = n(KOH) · 1.
3. c(HNO₃) = n(HNO₃) : 0,0100 L = 0,25 mol/L
Ergebnis:
0,25 mol/L
★18
25,0 mL Essigsäure in Speiseessig werden bis zum Äquivalenzpunkt mit Natronlauge der Konzentration c = 0,20 mol/L titriert. Verbraucht werden 12,5 mL. Bestimme: Wie groß ist c(CH₃COOH)?
Lösung zeigen
1. n(NaOH) = 0,20 mol/L · 0,0125 L.
2. Am Äquivalenzpunkt gilt n(CH₃COOH) · 1 = n(NaOH) · 1.
3. c(CH₃COOH) = n(CH₃COOH) : 0,0250 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 Benzoesäure (pKs = 4,20) hat die Anfangskonzentration c₀ = 0,02 mol/L. Bestimme: Wie groß ist der pH-Wert nach der Näherung für schwache Säuren, auf eine Nachkommastelle gerundet?

Schritt für Schritt

Näherung für schwache Säuren: pH = ½ · (pKs − lg c₀).
pH = ½ · (4,20 − lg 0,02) = ½ · (4,20 + 1,70).
pH ≈ 2,9

Näherung für schwache Säuren: pH = ½ · (pKs − lg c₀).
pH = ½ · (4,20 − lg 0,02) = ½ · (4,20 + 1,70).
pH ≈ 2,9

Ergebnis:

2,9

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 hat bei 25 Grad Celsius den pH-Wert 4,8. 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 − 4,8.
3. pOH = 9,2
Ergebnis:
9,2
●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

Essigsäure (pKs = 4,76) 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 = 4,76

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 = 4,76

Ergebnis:

4,76

AchtungReaktionspartner als korrespondierendes Paar gedeutet

So nicht

Welches Paar bildet ein Puffersystem → C₆H₅COOH und CH₃COO⁻

So richtig

Welches Paar bildet ein Puffersystem → HCOOH und HCOO⁻

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. HCOOH und HCOO⁻
Ergebnis:
HCOOH und HCOO⁻
●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

Phosphorsäure protolysiert in 3 Stufen mit den pKs-Werten 2,16, 7,21, 12,32. Bestimme: Welcher Wert gehört zur ersten Stufe?

Schritt für Schritt

Jede weitere Stufe ist schwächer als die vorige.
Der pKs-Wert wächst von Stufe zu Stufe.
Die erste Stufe hat den kleinsten Wert: 2,16.

Jede weitere Stufe ist schwächer als die vorige.
Der pKs-Wert wächst von Stufe zu Stufe.
Die erste Stufe hat den kleinsten Wert: 2,16.

Ergebnis:

2,16

AchtungStärke der Protolysestufen falsch begründet

So nicht

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

So richtig

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

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

ÜbenJetzt du

○25
Schweflige Säure protolysiert in 2 Stufen mit den pKs-Werten 1,81, 7,21. 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: 1,81.
Ergebnis:
1,81
●26
Chloressigsäure (pKs = 2,9) ist stärker als Essigsäure (pKs = 4,8). Wie lässt sich das erklären?
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
★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
In der Protolyse HCO₃⁻ + OH⁻ → CO₃²⁻ + H₂O gibt es zwei Teilchen mit je einer Rolle. Welche Rolle hat OH⁻?
Lösung zeigen
1. Eine Säure gibt ein Proton ab, eine Base nimmt eines auf.
2. OH⁻ wird vor und nach der Reaktion verglichen.
3. OH⁻ gewinnt ein Proton: Base.
Ergebnis:
Base, es nimmt ein Proton auf
●29
Das Teilchen CH₃COO⁻ 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
Wie weist man Ammonium-Ionen in einer Lösung nach?
Lösung zeigen
1. Eine Base nimmt dem Ammonium-Ion ein Proton ab.
2. Es entsteht gasförmiges Ammoniak.
3. Ammoniak färbt feuchtes Indikatorpapier blau.
Ergebnis:
Mit Natronlauge versetzen, das entweichende Ammoniak färbt feuchtes Indikatorpapier blau
●31
Wie lautet der Ausdruck für die Säurekonstante Ks der Protolyse HA + H₂O ⇌ A⁻ + H₃O⁺?
Lösung zeigen
1. Im Zähler stehen die Produkte H₃O⁺ und A⁻.
2. Im Nenner steht das Edukt HA.
3. Wasser steht nicht im Ausdruck.
Ergebnis:
Ks = c(H₃O⁺) · c(A⁻) : c(HA)
●32
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?
Lösung zeigen
1. Unterschied der pH-Werte: 2.
2. Jede Stufe bedeutet den Faktor 10.
3. Faktor 10 hoch 2 = 100
Ergebnis:
100
●33
25,0 mL Salzsäure werden bis zum Äquivalenzpunkt mit Natronlauge der Konzentration c = 0,10 mol/L titriert. Verbraucht werden 50,0 mL. Bestimme: Wie groß ist c(HCl)?
Lösung zeigen
1. n(NaOH) = 0,10 mol/L · 0,0500 L.
2. Am Äquivalenzpunkt gilt n(HCl) · 1 = n(NaOH) · 1.
3. c(HCl) = n(HCl) : 0,0250 L = 0,20 mol/L
Ergebnis:
0,20 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 NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻ gibt es zwei Teilchen mit je einer Rolle. Welche Rolle hat H₂O?
Lösung zeigen
Ergebnis:
Säure, es gibt ein Proton ab
Ich leite aus dem Bau eines Teilchens ab, ob es als Säure, als Base oder amphoter wirkt.
35
Wasser kann Protonen sowohl aufnehmen als auch abgeben. Wie nennt man solche Teilchen?
Lösung zeigen
Ergebnis:
Ampholyte, sie wirken je nach Partner als Säure oder Base
Ich weise Chlorid-, Bromid-, Carbonat-, Hydroxid-, Oxonium- und Ammonium-Ionen nach.
36
Welche Beobachtung gehört zum Nachweis von Ammonium-Ionen?
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Ergebnis:
Mit Natronlauge entweicht ein Gas, das feuchtes Indikatorpapier blau färbt
Ich wende das Massenwirkungsgesetz auf Protolysen an und deute Säurekonstante und pKs-Wert.
37
Wie lautet der Ausdruck für die Säurekonstante Ks der Protolyse HClO + H₂O ⇌ ClO⁻ + H₃O⁺?
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Ergebnis:
Ks = c(H₃O⁺) · c(ClO⁻) : c(HClO)
Ich leite das Ionenprodukt des Wassers her und berechne den pH-Wert starker Säuren.
38
Natronlauge hat die Konzentration c(NaOH) = 0,002 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:
11,30
Ich bestimme mit einer Säure-Base-Titration die Konzentration einer Säure oder Lauge.
39
20,0 mL Salpetersäure werden bis zum Äquivalenzpunkt mit Kalilauge der Konzentration c = 0,10 mol/L titriert. Verbraucht werden 10,0 mL. Bestimme: Wie groß ist c(HNO₃)?
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Ergebnis:
0,050 mol/L
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
Welches Paar bildet ein Puffersystem?
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Ergebnis:
HF und F⁻
Ich erkläre mehrstufige Protolyse, den induktiven Effekt und den pH-Wert von Salzlösungen (Leistungskurs).
42
Wie reagiert eine wässrige Lösung von Ammoniumchlorid (NH₄Cl)?
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Ergebnis:
Sauer, das Kation gibt Protonen ab

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
Nur Base, es kann Protonen aufnehmen, aber nicht abgeben
Die Aufnahme eines Protons gelingt dem Ion leichter als die Abgabe
Mit Silbernitratlösung fällt ein gelber, in Salpetersäure unlöslicher Niederschlag aus
Mit verdünnter Salzsäure entweicht ein Gas, das Kalkwasser trübt
Erst mit Salpetersäure ansäuern, bis kein Gas mehr entweicht, dann Silbernitrat zugeben
6,2 · 10⁻¹⁰ mol/L
Ks = c(H₃O⁺) · c(C₆H₅COO⁻) : c(C₆H₅COOH)
Er bleibt gleich, nur der Anteil protolysierter Säure wächst
1,30
1,00
10
0,12 mol/L
0,25 mol/L
0,10 mol/L
9,2
2,88
11,1
HCOOH und HCOO⁻
4,87
Auf den pKs-Wert der Essigsäure, also etwa 4,8
1,81
Das Chloratom zieht Elektronen an und stabilisiert das Anion
Das Sauerstoffatom stellt das bindende Elektronenpaar bereit
Base, es nimmt ein Proton auf
Nur Base, es kann Protonen aufnehmen, aber nicht abgeben
Mit Natronlauge versetzen, das entweichende Ammoniak färbt feuchtes Indikatorpapier blau
Ks = c(H₃O⁺) · c(A⁻) : c(HA)
100
0,20 mol/L
Säure, es gibt ein Proton ab
Ampholyte, sie wirken je nach Partner als Säure oder Base
Mit Natronlauge entweicht ein Gas, das feuchtes Indikatorpapier blau färbt
Ks = c(H₃O⁺) · c(ClO⁻) : c(HClO)
11,30
0,050 mol/L
2,88
HF und F⁻
Sauer, das Kation gibt Protonen ab