Chemie · Klasse 13 · Kapitel

Säure-Base-Reaktionen: Protolyse, pH-Wert und Titration

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1Ich beschreibe Säure-Base-Reaktionen nach Brønsted als Protonenübergang und finde korrespondierende Säure-Base-Paare.

MerkenProtolyse

Eine Säure gibt ein Proton ab, eine Base nimmt es auf.

Beide bilden ein korrespondierendes Paar, die Reaktion ist umkehrbar.

BeispielProtolyse: Protonenübergang und korrespondierende Paare

In der Protolyse HNO₃ + NH₃ → NO₃⁻ + NH₄⁺ gibt es zwei Teilchen mit je einer Rolle. Welche Rolle hat HNO₃?

Schritt für Schritt

Eine Säure gibt ein Proton ab, eine Base nimmt eines auf.
HNO₃ wird vor und nach der Reaktion verglichen.
HNO₃ verliert ein Proton: Säure.

Eine Säure gibt ein Proton ab, eine Base nimmt eines auf.
HNO₃ wird vor und nach der Reaktion verglichen.
HNO₃ 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⁻ + OH⁻ → CO₃²⁻ + H₂O gibt es zwei Teilchen mit je einer Rolle. Welche Rolle hat OH⁻?
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. OH⁻ wird vor und nach der Reaktion verglichen.
3. OH⁻ gewinnt ein Proton: Base.
Ergebnis:
Base, es nimmt ein Proton auf
●2
In der Protolyse HF + H₂O ⇌ F⁻ + 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 HCl + H₂O → Cl⁻ + 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

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 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 S²⁻ 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.
Mit verdünnter Salzsäure entweicht ein Gas, das Kalkwasser trübt.

Zuerst wird das Reagenz für Carbonat-Ionen gesucht.
Dann folgt die kennzeichnende Beobachtung.
Mit verdünnter Salzsäure entweicht ein Gas, das Kalkwasser trübt.

Ergebnis:

Mit verdünnter Salzsäure entweicht ein Gas, das Kalkwasser trübt

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? Ein Tropfen der Lösung färbt Universalindikatorpapier rot.
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 Oxonium-Ionen.
Ergebnis:
Oxonium-Ionen
●8
Welches Ion zeigt die folgende Beobachtung an? Mit verdünnter Salzsäure entweicht ein Gas, das Kalkwasser trübt.
Lösung zeigen
1. Die Beobachtung wird den Nachweisreaktionen zugeordnet.
2. Niederschlagsfarbe und Löslichkeit entscheiden.
3. Das gehört zu Carbonat-Ionen.
Ergebnis:
Carbonat-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 HSO₄⁻ + H₂O ⇌ SO₄²⁻ + H₃O⁺?

Schritt für Schritt

Im Zähler stehen die Produkte H₃O⁺ und SO₄²⁻.
Im Nenner steht das Edukt HSO₄⁻.
Wasser steht nicht im Ausdruck.

Im Zähler stehen die Produkte H₃O⁺ und SO₄²⁻.
Im Nenner steht das Edukt HSO₄⁻.
Wasser steht nicht im Ausdruck.

Ergebnis:

Ks = c(H₃O⁺) · c(SO₄²⁻) : c(HSO₄⁻)

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 Ameisensäure gilt pKs = 3,75. 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 3,75.
3. Ks = 1,8 · 10⁻⁴ mol/L
Ergebnis:
1,8 · 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
Für Essigsäure gilt pKs = 4,76. Welche Säurekonstante Ks ergibt sich daraus?
Lösung zeigen
1. Ks = 10 hoch minus pKs.
2. Ks = 10 hoch minus 4,76.
3. Ks = 1,7 · 10⁻⁵ mol/L
Ergebnis:
1,7 · 10⁻⁵ mol/L

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

MerkenpH-Wert

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

BeispielIonenprodukt des Wassers und pH-Wert starker Säuren

Lösung A hat den pH-Wert 3, Lösung B den pH-Wert 4. Bestimme: Wie viel mal so groß ist c(H₃O⁺) in Lösung A im Vergleich zu Lösung B?

Schritt für Schritt

Unterschied der pH-Werte: 1.
Jede Stufe bedeutet den Faktor 10.
Faktor 10 hoch 1 = 10

Unterschied der pH-Werte: 1.
Jede Stufe bedeutet den Faktor 10.
Faktor 10 hoch 1 = 10

Ergebnis:

AchtungpH-Wert linear gedacht

So nicht

pH 2 ist doppelt so sauer wie pH 4.

So richtig

pH 2 hat hundertmal mehr H⁺-Ionen als pH 4. Jede Stufe ist ein Faktor zehn.

Zähl die Stufen zwischen den beiden pH-Werten. Nimm für jede Stufe mal zehn.

ÜbenJetzt du

○13
Perchlorsäure hat die Konzentration c(HClO₄) = 0,0005 mol/L und protolysiert vollständig. Bestimme: Wie groß ist der pH-Wert, auf zwei Nachkommastellen gerundet?
So fängst du an:
Vollständige Protolyse: c(H₃O⁺) = 0,0005 mol/L.
Lösung zeigen
1. Vollständige Protolyse: c(H₃O⁺) = 0,0005 mol/L.
2. pH = −lg 0,0005.
3. pH = 3,30
Ergebnis:
3,30
●14
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
★15
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

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 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)?

Schritt für Schritt

n(KOH) = 0,10 mol/L · 0,0120 L.
Am Äquivalenzpunkt gilt n(HNO₃) · 1 = n(KOH) · 1.
c(HNO₃) = n(HNO₃) : 0,0100 L = 0,12 mol/L

n(KOH) = 0,10 mol/L · 0,0120 L.
Am Äquivalenzpunkt gilt n(HNO₃) · 1 = n(KOH) · 1.
c(HNO₃) = n(HNO₃) : 0,0100 L = 0,12 mol/L

Ergebnis:

0,12 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 = 0,050 mol/L titriert. Verbraucht werden 20,0 mL. Jede Formeleinheit liefert zwei Hydroxid-Ionen. Bestimme: Wie groß ist c(HCl)?
So fängst du an:
n(Ba(OH)₂) = 0,050 mol/L · 0,0200 L.
Lösung zeigen
1. n(Ba(OH)₂) = 0,050 mol/L · 0,0200 L.
2. Am Äquivalenzpunkt gilt n(HCl) · 1 = n(Ba(OH)₂) · 2.
3. c(HCl) = n(HCl) : 0,0250 L = 0,080 mol/L
Ergebnis:
0,080 mol/L
●17
25,0 mL Salzsäure werden bis zum Äquivalenzpunkt mit Bariumhydroxid-Lösung der Konzentration c = 0,10 mol/L titriert. Verbraucht werden 10,0 mL. Jede Formeleinheit liefert zwei Hydroxid-Ionen. Bestimme: Wie groß ist c(HCl)?
Lösung zeigen
1. n(Ba(OH)₂) = 0,10 mol/L · 0,0100 L.
2. Am Äquivalenzpunkt gilt n(HCl) · 1 = n(Ba(OH)₂) · 2.
3. c(HCl) = n(HCl) : 0,0250 L = 0,080 mol/L
Ergebnis:
0,080 mol/L
★18
Zur Neutralisation von 10,0 mL Schwefelsäure werden 20,0 mL Natronlauge mit c = 0,10 mol/L verbraucht. Schwefelsäure gibt je Molekül zwei Protonen ab. Bestimme: Wie groß ist c(H₂SO₄)?
Lösung zeigen
1. n(NaOH) = 0,10 mol/L · 0,0200 L = 0,00200 mol.
2. H₂SO₄ + 2 NaOH → Na₂SO₄ + 2 H₂O, also n(H₂SO₄) = ½ · n(NaOH) = 0,00100 mol.
3. c(H₂SO₄) = 0,00100 mol : 0,0100 L = 0,10 mol/L
Ergebnis:
0,10 mol/L

7Ich berechne pOH-Wert, pKB-Wert und den pH-Wert schwacher Säuren und Basen (Leistungskurs).

MerkenSchwache Säuren und Basen

Es gilt pH + pOH = 14. Für schwache Säuren gilt die Näherung pH = ½ · (pKs − lg c₀).

BeispielpOH, pKB und pH-Wert schwacher Säuren und Basen

Eine Lösung hat bei 25 Grad Celsius den pH-Wert 4,8. Bestimme: Wie groß ist ihr pOH-Wert?

Schritt für Schritt

Bei 25 Grad Celsius gilt pH + pOH = 14.
pOH = 14 − 4,8.
pOH = 9,2

Bei 25 Grad Celsius gilt pH + pOH = 14.
pOH = 14 − 4,8.
pOH = 9,2

Ergebnis:

9,2

AchtungpH und pOH vertauscht oder falsch verrechnet

So nicht

Natronlauge mit c = 0,001 mol/L hat pH 3.

So richtig

pOH = 3, also pH = 14 − 3 = 11.

Prüfe, ob die Lösung sauer oder basisch ist, und schätze danach den pH-Wert über oder unter 7.

ÜbenJetzt du

○19
Eine Lösung hat bei 25 Grad Celsius den pH-Wert 12,6. Bestimme: Wie groß ist ihr pOH-Wert?
So fängst du an:
Bei 25 Grad Celsius gilt pH + pOH = 14.
Lösung zeigen
1. Bei 25 Grad Celsius gilt pH + pOH = 14.
2. pOH = 14 − 12,6.
3. pOH = 1,4
Ergebnis:
1,4
●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 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?
Lösung zeigen
1. Näherung für schwache Säuren: pH = ½ · (pKs − lg c₀).
2. pH = ½ · (3,75 − lg 0,2) = ½ · (3,75 + 0,70).
3. pH ≈ 2,2
Ergebnis:
2,2

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 → H₂CO₃ und HPO₄²⁻

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
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 Ammoniumnitrat (NH₄NO₃)?

Schritt für Schritt

Kation und Anion werden getrennt betrachtet, ob sie mit Wasser reagieren.
Das Ammonium-Ion ist eine Säure und gibt Protonen ab, das Nitrat-Ion reagiert nicht.
Also: sauer.

Kation und Anion werden getrennt betrachtet, ob sie mit Wasser reagieren.
Das Ammonium-Ion ist eine Säure und gibt Protonen ab, das Nitrat-Ion reagiert nicht.
Also: sauer.

Ergebnis:

Sauer, das Kation gibt Protonen ab

AchtungJede Salzlösung gilt als neutral

So nicht

Salze sind neutral, weil sie aus Säure und Base entstehen.

So richtig

Salze schwacher Säuren oder Basen reagieren sauer oder basisch, zum Beispiel NH₄Cl sauer und Na₂CO₃ basisch.

Miss den pH-Wert von Salzlösungen und vergleiche mit deiner Vorhersage.

ÜbenJetzt du

○25
Eine Natriumacetat-Lösung reagiert schwach basisch. Welche Reaktion ist dafür verantwortlich?
So fängst du an:
Das Acetat-Ion ist die Base der schwachen Essigsäure.
Lösung zeigen
1. Das Acetat-Ion ist die Base der schwachen Essigsäure.
2. Es nimmt ein Proton aus Wasser auf.
3. Dabei bleibt ein Hydroxid-Ion übrig.
Ergebnis:
CH₃COO⁻ + H₂O ⇌ CH₃COOH + OH⁻
●26
Wie reagiert eine wässrige Lösung von Aluminiumsulfat (Al₂(SO₄)₃)?
Lösung zeigen
1. Kation und Anion werden getrennt betrachtet, ob sie mit Wasser reagieren.
2. Das hydratisierte Aluminium-Ion gibt Protonen an Wasser ab, das Sulfat-Ion reagiert kaum.
3. Also: sauer.
Ergebnis:
Sauer, das Kation gibt Protonen ab
★27
Warum reagiert eine Lösung von Aluminiumchlorid sauer?
Lösung zeigen
1. Al³⁺ ist von sechs Wassermolekülen umgeben.
2. Die positive Ladung zieht Elektronen aus den Wassermolekülen.
3. Daher gibt der Aquakomplex Protonen ab: sauer.
Ergebnis:
Das hydratisierte Aluminium-Ion gibt Protonen an Wasser ab

Vermischte Übungen

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

Üben

●28
In der 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
●29
Welches Ion zeigt die folgende Beobachtung an? Beim Ansäuern sprudelt es, und das Gas lässt Kalkwasser milchig werden.
Lösung zeigen
1. Die Beobachtung wird den Nachweisreaktionen zugeordnet.
2. Niederschlagsfarbe und Löslichkeit entscheiden.
3. Das gehört zu Carbonat-Ionen.
Ergebnis:
Carbonat-Ionen
●30
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)
●31
25,0 mL Salzsäure werden bis zum Äquivalenzpunkt mit Natronlauge der Konzentration c = 0,10 mol/L titriert. Verbraucht werden 37,5 mL. Bestimme: Wie groß ist c(HCl)?
Lösung zeigen
1. n(NaOH) = 0,10 mol/L · 0,0375 L.
2. Am Äquivalenzpunkt gilt n(HCl) · 1 = n(NaOH) · 1.
3. c(HCl) = n(HCl) : 0,0250 L = 0,15 mol/L
Ergebnis:
0,15 mol/L
●32
Eine Lösung der Milchsäure (pKs = 3,86) 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?
Lösung zeigen
1. Näherung für schwache Säuren: pH = ½ · (pKs − lg c₀).
2. pH = ½ · (3,86 − lg 0,2) = ½ · (3,86 + 0,70).
3. pH ≈ 2,3
Ergebnis:
2,3
●33
Benzoesäure (pKs = 4,20) 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 = 4,20
Ergebnis:
4,20

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 HCO₃⁻ + H₃O⁺ → H₂CO₃ + H₂O gibt es zwei Teilchen mit je einer Rolle. Welche Rolle hat HCO₃⁻?
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 CN⁻ besitzt kein polar gebundenes Wasserstoffatom und ein freies Elektronenpaar, mit dem ein Proton gebunden werden kann. Welche Funktion kann es nach Brønsted übernehmen?
Lösung zeigen
Ergebnis:
Nur Base, es kann Protonen aufnehmen, aber nicht abgeben
Ich weise Chlorid-, Bromid-, Carbonat-, Hydroxid-, Oxonium- und Ammonium-Ionen nach.
36
Welches Ion zeigt die folgende Beobachtung an? Beim Ansäuern sprudelt es, und das Gas lässt Kalkwasser milchig werden.
Lösung zeigen
Ergebnis:
Carbonat-Ionen
Ich wende das Massenwirkungsgesetz auf Protolysen an und deute Säurekonstante und pKs-Wert.
37
Für Flusssäure gilt pKs = 3,14. Welche Säurekonstante Ks ergibt sich daraus?
Lösung zeigen
Ergebnis:
7,2 · 10⁻⁴ mol/L
Ich leite das Ionenprodukt des Wassers her und berechne den pH-Wert starker Säuren.
38
Kalkwasser hat die Konzentration c(Ca(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?
Lösung zeigen
Ergebnis:
12,00
Ich bestimme mit einer Säure-Base-Titration die Konzentration einer Säure oder Lauge.
39
25,0 mL Schwefelsäure werden bis zum Äquivalenzpunkt mit Natronlauge der Konzentration c = 0,10 mol/L titriert. Verbraucht werden 75,0 mL. Jedes Schwefelsäure-Molekül gibt zwei Protonen ab. Bestimme: Wie groß ist c(H₂SO₄)?
Lösung zeigen
Ergebnis:
0,15 mol/L
Ich berechne pOH-Wert, pKB-Wert und den pH-Wert schwacher Säuren und Basen (Leistungskurs).
40
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?
Lösung zeigen
Ergebnis:
2,9
Ich deute Titrationskurven und erkläre Puffersysteme (Leistungskurs).
41
Das Ammonium-Ion (pKs = 9,25) wird mit Natronlauge titriert. Bestimme: Wie groß ist der pH-Wert am Halbäquivalenzpunkt?
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Ergebnis:
9,25
Ich erkläre mehrstufige Protolyse, den induktiven Effekt und den pH-Wert von Salzlösungen (Leistungskurs).
42
Bernsteinsäure protolysiert in 2 Stufen mit den pKs-Werten 4,21, 5,64. Bestimme: Welcher Wert gehört zur letzten Stufe?
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Ergebnis:
5,64

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
Base, es nimmt ein Proton auf
Base, es nimmt ein Proton auf
Ampholyt, es kann Protonen abgeben und zugleich aufnehmen
Nur Base, es kann Protonen aufnehmen, aber nicht abgeben
Die Aufnahme eines Protons gelingt dem Ion leichter als die Abgabe
Oxonium-Ionen
Carbonat-Ionen
Erst mit Salpetersäure ansäuern, bis kein Gas mehr entweicht, dann Silbernitrat zugeben
1,8 · 10⁻⁴ mol/L
4,7 · 10⁻¹¹ mol/L
1,7 · 10⁻⁵ mol/L
3,30
12,70
1000
0,080 mol/L
0,080 mol/L
0,10 mol/L
1,4
Nur ein kleiner Teil der Essigsäure-Moleküle gibt ein Proton ab
2,2
10,33
Das Acetat-Ion ist eine Base und reagiert mit Wasser zu Hydroxid-Ionen
Auf den pKs-Wert der Essigsäure, also etwa 4,8
CH₃COO⁻ + H₂O ⇌ CH₃COOH + OH⁻
Sauer, das Kation gibt Protonen ab
Das hydratisierte Aluminium-Ion gibt Protonen an Wasser ab
CH₃COOH mit CH₃COO⁻ sowie H₃O⁺ mit H₂O
Carbonat-Ionen
Ks = c(H₃O⁺) · c(CH₃COO⁻) : c(CH₃COOH)
0,15 mol/L
2,3
4,20
Base, es nimmt ein Proton auf
Nur Base, es kann Protonen aufnehmen, aber nicht abgeben
Carbonat-Ionen
7,2 · 10⁻⁴ mol/L
12,00
0,15 mol/L
2,9
9,25
5,64