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 HCl + H₂O → Cl⁻ + H₃O⁺ 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 gewinnt ein Proton: Base.

Eine Säure gibt ein Proton ab, eine Base nimmt eines auf.
H₂O wird vor und nach der Reaktion verglichen.
H₂O 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 CH₃COOH + H₂O ⇌ CH₃COO⁻ + H₃O⁺ gibt es zwei Teilchen mit je einer Rolle. Welche Rolle hat H₂O?
Lösung zeigen
1. Eine Säure gibt ein Proton ab, eine Base nimmt eines auf.
2. H₂O wird vor und nach der Reaktion verglichen.
3. H₂O gewinnt ein Proton: Base.
Ergebnis:
Base, es nimmt ein Proton auf
★3
In der Protolyse CN⁻ + H₂O ⇌ HCN + OH⁻ gibt es zwei Teilchen mit je einer Rolle. Welche Rolle hat CN⁻?
Lösung zeigen
1. Eine Säure gibt ein Proton ab, eine Base nimmt eines auf.
2. CN⁻ wird vor und nach der Reaktion verglichen.
3. CN⁻ gewinnt ein Proton: Base.
Ergebnis:
Base, es nimmt ein Proton auf

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 CH₃COO⁻ 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 H₂O 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 CH₃NH₃⁺ 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
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?
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

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 Bromid-Ionen?

Schritt für Schritt

Zuerst wird das Reagenz für Bromid-Ionen gesucht.
Dann folgt die kennzeichnende Beobachtung.
Mit Silbernitratlösung entsteht ein gelblicher Niederschlag, der sich in verdünnter Ammoniaklösung kaum löst.

Zuerst wird das Reagenz für Bromid-Ionen gesucht.
Dann folgt die kennzeichnende Beobachtung.
Mit Silbernitratlösung entsteht ein gelblicher Niederschlag, der sich in verdünnter Ammoniaklösung kaum löst.

Ergebnis:

Mit Silbernitratlösung entsteht ein gelblicher Niederschlag, der sich in verdünnter Ammoniaklösung kaum löst

AchtungNiederschlag mit Silbernitrat dem falschen Ion zugeordnet

So nicht

Jeder weiße Niederschlag mit Silbernitrat zeigt Chlorid an.

So richtig

Auch Carbonat bildet mit Silbernitrat einen weißen Niederschlag. Salpetersäure trennt: Silberchlorid bleibt, Silbercarbonat löst sich.

Prüfe, ob sich der Niederschlag in verdünnter Salpetersäure löst.

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
Eine Probe sprudelt beim Zutropfen von verdünnter Salzsäure, und das Gas trübt Kalkwasser. Welches Ion enthält die Probe?
Lösung zeigen
1. Das Gas trübt Kalkwasser.
2. Es ist Kohlenstoffdioxid.
3. Es entsteht aus Carbonat und Säure.
Ergebnis:
Carbonat-Ionen
★9
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

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 Blausäure gilt pKs = 9,21. Welche Säurekonstante Ks ergibt sich daraus?

Schritt für Schritt

Ks = 10 hoch minus pKs.
Ks = 10 hoch minus 9,21.
Ks = 6,2 · 10⁻¹⁰ mol/L

Ks = 10 hoch minus pKs.
Ks = 10 hoch minus 9,21.
Ks = 6,2 · 10⁻¹⁰ mol/L

Ergebnis:

6,2 · 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
Eine Säure hat die Säurekonstante Ks = 1,0 · 10⁻⁴ mol/L. Bestimme: Wie groß ist ihr pKs-Wert?
So fängst du an:
pKs = −lg Ks.
Lösung zeigen
1. pKs = −lg Ks.
2. lg (1,0 · 10⁻⁴) = −4.
3. pKs = 4
Ergebnis:
4
●11
Wie lautet der Ausdruck für die Säurekonstante Ks der Protolyse CH₃COOH + H₂O ⇌ CH₃COO⁻ + H₃O⁺?
Lösung zeigen
1. Im Zähler stehen die Produkte H₃O⁺ und CH₃COO⁻.
2. Im Nenner steht das Edukt CH₃COOH.
3. Wasser steht nicht im Ausdruck.
Ergebnis:
Ks = c(H₃O⁺) · c(CH₃COO⁻) : c(CH₃COOH)
★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

Salpetersäure hat die Konzentration c(HNO₃) = 0,0005 mol/L und protolysiert vollständig. Bestimme: Wie groß ist der pH-Wert, auf zwei Nachkommastellen gerundet?

Schritt für Schritt

Vollständige Protolyse: c(H₃O⁺) = 0,0005 mol/L.
pH = −lg 0,0005.
pH = 3,30

Vollständige Protolyse: c(H₃O⁺) = 0,0005 mol/L.
pH = −lg 0,0005.
pH = 3,30

Ergebnis:

3,30

AchtungpH-Wert ohne Logarithmus bestimmt

So nicht

c(H₃O⁺) = 0,01 mol/L, also pH = 0,01.

So richtig

pH = −lg 0,01 = 2.

Schreib c(H₃O⁺) als Zehnerpotenz und lies den Exponenten ohne Minuszeichen ab.

ÜbenJetzt du

○13
Kalilauge hat die Konzentration c(KOH) = 0,001 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 · 0,001 mol/L.
Lösung zeigen
1. c(OH⁻) = 1 · 0,001 mol/L.
2. c(H₃O⁺) = 10⁻¹⁴ mol²/L² : c(OH⁻), also pH = 14 − pOH.
3. pH = 11,00
Ergebnis:
11,00
●14
Bariumhydroxid-Lösung hat die Konzentration c(Ba(OH)₂) = 0,05 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 · 0,05 mol/L.
2. c(H₃O⁺) = 10⁻¹⁴ mol²/L² : c(OH⁻), also pH = 14 − pOH.
3. pH = 13,00
Ergebnis:
13,00
★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 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)?

Schritt für Schritt

n(Ba(OH)₂) = 0,10 mol/L · 0,0080 L.
Am Äquivalenzpunkt gilt n(HCl) · 1 = n(Ba(OH)₂) · 2.
c(HCl) = n(HCl) : 0,0200 L = 0,080 mol/L

n(Ba(OH)₂) = 0,10 mol/L · 0,0080 L.
Am Äquivalenzpunkt gilt n(HCl) · 1 = n(Ba(OH)₂) · 2.
c(HCl) = n(HCl) : 0,0200 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 Salzsäure werden bis zum Äquivalenzpunkt mit Natronlauge der Konzentration c = 0,050 mol/L titriert. Verbraucht werden 50,0 mL. Bestimme: Wie groß ist c(HCl)?
So fängst du an:
n(NaOH) = 0,050 mol/L · 0,0500 L.
Lösung zeigen
1. n(NaOH) = 0,050 mol/L · 0,0500 L.
2. Am Äquivalenzpunkt gilt n(HCl) · 1 = n(NaOH) · 1.
3. c(HCl) = n(HCl) : 0,0250 L = 0,10 mol/L
Ergebnis:
0,10 mol/L
●17
25,0 mL Schwefelsäure werden bis zum Äquivalenzpunkt mit Natronlauge der Konzentration c = 0,050 mol/L titriert. Verbraucht werden 200,0 mL. Jedes Schwefelsäure-Molekül gibt zwei Protonen ab. Bestimme: Wie groß ist c(H₂SO₄)?
Lösung zeigen
1. n(NaOH) = 0,050 mol/L · 0,2000 L.
2. Am Äquivalenzpunkt gilt n(H₂SO₄) · 2 = n(NaOH) · 1.
3. c(H₂SO₄) = n(H₂SO₄) : 0,0250 L = 0,20 mol/L
Ergebnis:
0,20 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

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?

Schritt für Schritt

Näherung für schwache Säuren: pH = ½ · (pKs − lg c₀).
pH = ½ · (4,76 − lg 0,10) = ½ · (4,76 + 1,00).
pH = 2,88

Näherung für schwache Säuren: pH = ½ · (pKs − lg c₀).
pH = ½ · (4,76 − lg 0,10) = ½ · (4,76 + 1,00).
pH = 2,88

Ergebnis:

2,88

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 Benzoesäure (pKs = 4,20) hat die Anfangskonzentration c₀ = 0,05 mol/L. Bestimme: Wie groß ist der pH-Wert nach der Näherung für schwache Säuren, auf eine Nachkommastelle gerundet?
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 · (4,20 − lg 0,05) = ½ · (4,20 + 1,30).
3. pH ≈ 2,8
Ergebnis:
2,8
●20
Warum hat eine Essigsäure mit c = 0,1 mol/L einen höheren pH-Wert als eine Salzsäure gleicher Konzentration?
Lösung zeigen
1. Essigsäure ist eine schwache Säure.
2. Essigsäure protolysiert nur zu einem kleinen Teil.
3. Daher entstehen weniger Oxonium-Ionen und der pH-Wert ist höher.
Ergebnis:
Nur ein kleiner Teil der Essigsäure-Moleküle gibt ein Proton ab
★21
Eine Ammoniaklösung mit c₀ = 0,10 mol/L hat den pKB-Wert 4,75. Bestimme: Wie groß ist ihr pH-Wert nach der Näherung für schwache Basen (eine Nachkommastelle)?
Lösung zeigen
1. Näherung: pOH = ½ · (pKB − lg c₀) = ½ · (4,75 + 1,00) = 2,875.
2. pH = 14 − pOH.
3. pH = 14 − 2,875 ≈ 11,1
Ergebnis:
11,1

8Ich deute Titrationskurven und erkläre Puffersysteme (Leistungskurs).

MerkenKurve und Puffer

Am Halbäquivalenzpunkt gilt pH = pKs.

Ein Puffer aus schwacher Säure und ihrer Base fängt Säure und Lauge ab.

BeispielTitrationskurven und Puffersysteme

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.
HF und F⁻

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

Ergebnis:

HF und F⁻

AchtungReaktionspartner als korrespondierendes Paar gedeutet

So nicht

Welches Paar bildet ein Puffersystem → HCOOH und NH₃

So richtig

Welches Paar bildet ein Puffersystem → HF und F⁻

Schreib zu jedem Teilchen auf, welches Teilchen entsteht, wenn es ein Proton abgibt oder aufnimmt.

ÜbenJetzt du

○22
Das Hydrogencarbonat-Ion (pKs = 10,33) 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 = 10,33
Ergebnis:
10,33
●23
Das Ammonium-Ion (pKs = 9,25) 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 = 9,25
Ergebnis:
9,25
★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

Bernsteinsäure protolysiert in 2 Stufen mit den pKs-Werten 4,21, 5,64. 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: 4,21.

Jede weitere Stufe ist schwächer als die vorige.
Der pKs-Wert wächst von Stufe zu Stufe.
Die erste Stufe hat den kleinsten Wert: 4,21.

Ergebnis:

4,21

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
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
Schweflige Säure protolysiert in 2 Stufen mit den pKs-Werten 1,81, 7,21. 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: 7,21.
Ergebnis:
7,21
★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 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
●29
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
●30
Lösung A hat den pH-Wert 2, 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: 3.
2. Jede Stufe bedeutet den Faktor 10.
3. Faktor 10 hoch 3 = 1000
Ergebnis:
1000
●31
10,0 mL Salpetersäure werden bis zum Äquivalenzpunkt mit Kalilauge der Konzentration c = 0,20 mol/L titriert. Verbraucht werden 2,5 mL. Bestimme: Wie groß ist c(HNO₃)?
Lösung zeigen
1. n(KOH) = 0,20 mol/L · 0,0025 L.
2. Am Äquivalenzpunkt gilt n(HNO₃) · 1 = n(KOH) · 1.
3. c(HNO₃) = n(HNO₃) : 0,0100 L = 0,050 mol/L
Ergebnis:
0,050 mol/L
●32
Eine Lösung der Ameisensäure (pKs = 3,75) 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
1. Näherung für schwache Säuren: pH = ½ · (pKs − lg c₀).
2. pH = ½ · (3,75 − lg 0,5) = ½ · (3,75 + 0,30).
3. pH ≈ 2,0
Ergebnis:
2,0
●33
Zu einem Acetat-Puffer aus Essigsäure und Natriumacetat wird eine kleine Menge Salzsäure gegeben. Was geschieht?
Lösung zeigen
1. Zugegebene Oxonium-Ionen treffen auf Acetat-Ionen.
2. CH₃COO⁻ + H₃O⁺ → CH₃COOH + H₂O.
3. 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

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 CO₃²⁻ + H₂O ⇌ HCO₃⁻ + OH⁻ gibt es zwei Teilchen mit je einer Rolle. Welche Rolle hat CO₃²⁻?
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? Universalindikatorpapier färbt sich beim Eintauchen rot.
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Ergebnis:
Oxonium-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 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
Lösung A hat den pH-Wert 4, Lösung B den pH-Wert 6. Bestimme: Wie viel mal so groß ist c(H₃O⁺) in Lösung A im Vergleich zu Lösung B?
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Ergebnis:
100
Ich bestimme mit einer Säure-Base-Titration die Konzentration einer Säure oder Lauge.
39
20,0 mL Salzsäure werden bis zum Äquivalenzpunkt mit Bariumhydroxid-Lösung der Konzentration c = 0,20 mol/L titriert. Verbraucht werden 5,0 mL. Jede Formeleinheit liefert zwei Hydroxid-Ionen. Bestimme: Wie groß ist c(HCl)?
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Ergebnis:
0,10 mol/L
Ich berechne pOH-Wert, pKB-Wert und den pH-Wert schwacher Säuren und Basen (Leistungskurs).
40
Eine Lösung der Flusssäure (pKs = 3,14) 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?
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Ergebnis:
1,7
Ich deute Titrationskurven und erkläre Puffersysteme (Leistungskurs).
41
Welches Paar bildet ein Puffersystem?
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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?
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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
Base, es nimmt ein Proton auf
Ampholyt, es kann Protonen abgeben und zugleich aufnehmen
Nur Säure, es kann Protonen abgeben, aber nicht aufnehmen
Ampholyt, es kann Protonen abgeben und zugleich aufnehmen
Beim Ansäuern sprudelt es, und das Gas lässt Kalkwasser milchig werden
Carbonat-Ionen
Mit Natronlauge entweicht ein Gas, das feuchtes Indikatorpapier blau färbt
4
Ks = c(H₃O⁺) · c(CH₃COO⁻) : c(CH₃COOH)
Er bleibt gleich, nur der Anteil protolysierter Säure wächst
11,00
13,00
5
0,10 mol/L
0,20 mol/L
0,10 mol/L
2,8
Nur ein kleiner Teil der Essigsäure-Moleküle gibt ein Proton ab
11,1
10,33
9,25
Auf den pKs-Wert der Essigsäure, also etwa 4,8
5,69
7,21
Das Sauerstoffatom stellt das bindende Elektronenpaar bereit
Säure, es gibt ein Proton ab
4,5 · 10⁻⁴ mol/L
1000
0,050 mol/L
2,0
Acetat-Ionen nehmen die Oxonium-Ionen auf, der pH-Wert ändert sich kaum
Base, es nimmt ein Proton auf
Ampholyt, es kann Protonen abgeben und zugleich aufnehmen
Oxonium-Ionen
Ks = c(H₃O⁺) · c(ClO⁻) : c(HClO)
100
0,10 mol/L
1,7
H₂PO₄⁻ und HPO₄²⁻
2,16