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 CN⁻ + H₂O ⇌ HCN + OH⁻ gibt es zwei Teilchen mit je einer Rolle. Welche Rolle hat CN⁻?

Schritt für Schritt

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

Eine Säure gibt ein Proton ab, eine Base nimmt eines auf.
CN⁻ wird vor und nach der Reaktion verglichen.
CN⁻ 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 NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻ gibt es zwei Teilchen mit je einer Rolle. Welche Rolle hat H₂O?
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. H₂O wird vor und nach der Reaktion verglichen.
3. H₂O verliert ein Proton: Säure.
Ergebnis:
Säure, es gibt ein Proton ab
●2
In der Protolyse HNO₃ + NH₃ → NO₃⁻ + NH₄⁺ gibt es zwei Teilchen mit je einer Rolle. Welche Rolle hat NH₃?
Lösung zeigen
1. Eine Säure gibt ein Proton ab, eine Base nimmt eines auf.
2. NH₃ wird vor und nach der Reaktion verglichen.
3. NH₃ 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 CN⁻ 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
Welches Strukturmerkmal macht ein Teilchen zum Protonendonator?
So fängst du an:
Ein Donator gibt ein Proton ab.
Lösung zeigen
1. Ein Donator gibt ein Proton ab.
2. Dafür muss ein Wasserstoffatom vorhanden sein.
3. Es ist so polar gebunden, dass es sich als Proton löst.
Ergebnis:
Ein polar gebundenes Wasserstoffatom
●5
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
★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

Eine Probe sprudelt beim Zutropfen von verdünnter Salzsäure, und das Gas trübt Kalkwasser. Welches Ion enthält die Probe?

Schritt für Schritt

Das Gas trübt Kalkwasser.
Es ist Kohlenstoffdioxid.
Es entsteht aus Carbonat und Säure.

Das Gas trübt Kalkwasser.
Es ist Kohlenstoffdioxid.
Es entsteht aus Carbonat und Säure.

Ergebnis:

Carbonat-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
Zu einer farblosen Lösung wird Silbernitratlösung gegeben. Es fällt ein weißer Niederschlag, der sich in verdünnter Salpetersäure nicht löst. Welches Ion enthält die Lösung?
So fängst du an:
Silbernitrat fällt Halogenide und Carbonat.
Lösung zeigen
1. Silbernitrat fällt Halogenide und Carbonat.
2. Silbercarbonat löst sich in Säure.
3. Ein weißer Niederschlag, der bleibt, ist Silberchlorid.
Ergebnis:
Chlorid-Ionen
●8
Welches Ion zeigt die folgende Beobachtung an? Nach Zugabe von Silbernitratlösung fällt ein weißer Niederschlag aus, der in Salpetersäure unlöslich ist.
Lösung zeigen
1. Die Beobachtung wird den Nachweisreaktionen zugeordnet.
2. Niederschlagsfarbe und Löslichkeit entscheiden.
3. Das gehört zu Chlorid-Ionen.
Ergebnis:
Chlorid-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 das Hydrogencarbonat-Ion gilt pKs = 10,33. 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 10,33.
3. Ks = 4,7 · 10⁻¹¹ mol/L
Ergebnis:
4,7 · 10⁻¹¹ mol/L
●11
Für Ameisensäure gilt pKs = 3,75. Welche Säurekonstante Ks ergibt sich daraus?
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
★12
Eine Essigsäurelösung wird bei gleicher Temperatur auf das Zehnfache verdünnt. Wie ändert sich der Wert der Säurekonstante Ks?
Lösung zeigen
1. Ks hängt nur von der Temperatur ab.
2. Beim Verdünnen sinken alle Konzentrationen.
3. Das Gleichgewicht verschiebt sich zur Seite der Ionen, Ks bleibt gleich.
Ergebnis:
Er bleibt gleich, nur der Anteil protolysierter Säure wächst

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

MerkenpH-Wert

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

BeispielIonenprodukt des Wassers und pH-Wert starker Säuren

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

Schritt für Schritt

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

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

Ergebnis:

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

AchtungFalsche Vorstellung von den Ionen im Wasser

So nicht

Reines Wasser enthält keine Ionen.

So richtig

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

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

ÜbenJetzt du

○13
Lösung A hat den pH-Wert 6, Lösung B den pH-Wert 8. Bestimme: Wie viel mal so groß ist c(H₃O⁺) in Lösung A im Vergleich zu Lösung B?
So fängst du an:
Unterschied der pH-Werte: 2.
Lösung zeigen
1. Unterschied der pH-Werte: 2.
2. Jede Stufe bedeutet den Faktor 10.
3. Faktor 10 hoch 2 = 100
Ergebnis:
100
●14
Kalkwasser hat die Konzentration c(Ca(OH)₂) = 0,02 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 · 0,02 mol/L.
2. c(H₃O⁺) = 10⁻¹⁴ mol²/L² : c(OH⁻), also pH = 14 − pOH.
3. pH = 12,60
Ergebnis:
12,60
★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 Salpetersäure werden bis zum Äquivalenzpunkt mit Kalilauge der Konzentration c = 0,20 mol/L titriert. Verbraucht werden 25,0 mL. Bestimme: Wie groß ist c(HNO₃)?

Schritt für Schritt

n(KOH) = 0,20 mol/L · 0,0250 L.
Am Äquivalenzpunkt gilt n(HNO₃) · 1 = n(KOH) · 1.
c(HNO₃) = n(HNO₃) : 0,0200 L = 0,25 mol/L

n(KOH) = 0,20 mol/L · 0,0250 L.
Am Äquivalenzpunkt gilt n(HNO₃) · 1 = n(KOH) · 1.
c(HNO₃) = n(HNO₃) : 0,0200 L = 0,25 mol/L

Ergebnis:

0,25 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
Bei der Titration von Salzsäure mit Natronlauge schlägt der Indikator um. Was gilt in diesem Moment, dem Äquivalenzpunkt?
So fängst du an:
Der Indikator zeigt den Äquivalenzpunkt an.
Lösung zeigen
1. Der Indikator zeigt den Äquivalenzpunkt an.
2. Dort sind Säure und Lauge im Verhältnis der Gleichung zugegeben.
3. Es gilt n(OH⁻) = n(H₃O⁺).
Ergebnis:
Die Stoffmenge an Hydroxid-Ionen ist gleich der Stoffmenge an Oxonium-Ionen
●17
25,0 mL Salzsäure werden bis zum Äquivalenzpunkt mit Natronlauge der Konzentration c = 0,20 mol/L titriert. Verbraucht werden 15,0 mL. Bestimme: Wie groß ist c(HCl)?
Lösung zeigen
1. n(NaOH) = 0,20 mol/L · 0,0150 L.
2. Am Äquivalenzpunkt gilt n(HCl) · 1 = n(NaOH) · 1.
3. c(HCl) = n(HCl) : 0,0250 L = 0,12 mol/L
Ergebnis:
0,12 mol/L
★18
Zur Neutralisation von 10,0 mL Schwefelsäure werden 20,0 mL Natronlauge mit c = 0,10 mol/L verbraucht. Schwefelsäure gibt je Molekül zwei Protonen ab. Bestimme: Wie groß ist c(H₂SO₄)?
Lösung zeigen
1. n(NaOH) = 0,10 mol/L · 0,0200 L = 0,00200 mol.
2. H₂SO₄ + 2 NaOH → Na₂SO₄ + 2 H₂O, also n(H₂SO₄) = ½ · n(NaOH) = 0,00100 mol.
3. c(H₂SO₄) = 0,00100 mol : 0,0100 L = 0,10 mol/L
Ergebnis:
0,10 mol/L

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

MerkenSchwache Säuren und Basen

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

BeispielpOH, pKB und pH-Wert schwacher Säuren und Basen

Eine Lösung der 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?

Schritt für Schritt

Näherung für schwache Säuren: pH = ½ · (pKs − lg c₀).
pH = ½ · (4,20 − lg 0,05) = ½ · (4,20 + 1,30).
pH ≈ 2,8

Näherung für schwache Säuren: pH = ½ · (pKs − lg c₀).
pH = ½ · (4,20 − lg 0,05) = ½ · (4,20 + 1,30).
pH ≈ 2,8

Ergebnis:

2,8

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 = 0,1 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 · (4,20 − lg 0,1) = ½ · (4,20 + 1,00).
3. pH ≈ 2,6
Ergebnis:
2,6
●20
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?
Lösung zeigen
1. Näherung für schwache Säuren: pH = ½ · (pKs − lg c₀).
2. pH = ½ · (3,14 − lg 0,2) = ½ · (3,14 + 0,70).
3. pH ≈ 1,9
Ergebnis:
1,9
★21
Eine Ammoniaklösung mit c₀ = 0,10 mol/L hat den pKB-Wert 4,75. Bestimme: Wie groß ist ihr pH-Wert nach der Näherung für schwache Basen (eine Nachkommastelle)?
Lösung zeigen
1. Näherung: pOH = ½ · (pKB − lg c₀) = ½ · (4,75 + 1,00) = 2,875.
2. pH = 14 − pOH.
3. pH = 14 − 2,875 ≈ 11,1
Ergebnis:
11,1

8Ich deute Titrationskurven und erkläre Puffersysteme (Leistungskurs).

MerkenKurve und Puffer

Am Halbäquivalenzpunkt gilt pH = pKs.

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

BeispielTitrationskurven und Puffersysteme

Das Ammonium-Ion (pKs = 9,25) 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 = 9,25

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 = 9,25

Ergebnis:

9,25

AchtungReaktionspartner als korrespondierendes Paar gedeutet

So nicht

Welches Paar bildet ein Puffersystem → HF und HCO₃⁻

So richtig

Welches Paar bildet ein Puffersystem → NH₄⁺ und NH₃

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. NH₄⁺ und NH₃
Ergebnis:
NH₄⁺ und NH₃
●23
Ameisensäure (pKs = 3,75) 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 = 3,75
Ergebnis:
3,75
★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
Wie reagiert eine wässrige Lösung von Natriumhydrogencarbonat (NaHCO₃)?
So fängst du an:
Kation und Anion werden getrennt betrachtet, ob sie mit Wasser reagieren.
Lösung zeigen
1. Kation und Anion werden getrennt betrachtet, ob sie mit Wasser reagieren.
2. Das Hydrogencarbonat-Ion nimmt Protonen leichter auf, als es sie abgibt.
3. Also: basisch.
Ergebnis:
Basisch, das Anion nimmt Protonen auf
●26
Wie reagiert eine wässrige Lösung von Eisen(III)-chlorid (FeCl₃)?
Lösung zeigen
1. Kation und Anion werden getrennt betrachtet, ob sie mit Wasser reagieren.
2. Das hydratisierte Eisen(III)-Ion gibt Protonen ab, das Chlorid-Ion nicht.
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? Ein Tropfen der Lösung färbt Universalindikatorpapier rot.
Lösung zeigen
1. Die Beobachtung wird den Nachweisreaktionen zugeordnet.
2. Niederschlagsfarbe und Löslichkeit entscheiden.
3. Das gehört zu Oxonium-Ionen.
Ergebnis:
Oxonium-Ionen
●30
Wie lautet der Ausdruck für die Säurekonstante Ks der Protolyse NH₄⁺ + H₂O ⇌ NH₃ + H₃O⁺?
Lösung zeigen
1. Im Zähler stehen die Produkte H₃O⁺ und NH₃.
2. Im Nenner steht das Edukt NH₄⁺.
3. Wasser steht nicht im Ausdruck.
Ergebnis:
Ks = c(H₃O⁺) · c(NH₃) : c(NH₄⁺)
●31
Eine Salzsäure hat die Konzentration c(HCl) = 0,01 mol/L und protolysiert vollständig. Bestimme: Wie groß ist ihr pH-Wert?
Lösung zeigen
1. Vollständige Protolyse: c(H₃O⁺) = 0,01 mol/L.
2. pH = −lg 0,01.
3. pH = 2
Ergebnis:
2
●32
Bromthymolblau ist in Säuren gelb und in Laugen blau. Welche Farbe zeigt es am Äquivalenzpunkt der Titration von Salzsäure mit Natronlauge?
Lösung zeigen
1. Der Indikator hat zwei Farbformen.
2. Im Neutralen liegen beide nebeneinander vor.
3. Die Mischfarbe von gelb und blau ist grün.
Ergebnis:
Grün, die Mischfarbe im Neutralen
●33
Eine Lösung der Propansäure (pKs = 4,87) hat die Anfangskonzentration c₀ = 0,01 mol/L. Bestimme: Wie groß ist der pH-Wert nach der Näherung für schwache Säuren, auf eine Nachkommastelle gerundet?
Lösung zeigen
1. Näherung für schwache Säuren: pH = ½ · (pKs − lg c₀).
2. pH = ½ · (4,87 − lg 0,01) = ½ · (4,87 + 2,00).
3. pH ≈ 3,4
Ergebnis:
3,4

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 HNO₃ + NH₃ → NO₃⁻ + NH₄⁺ gibt es zwei Teilchen mit je einer Rolle. Welche Rolle hat HNO₃?
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
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
Eine Probe sprudelt beim Zutropfen von verdünnter Salzsäure, und das Gas trübt Kalkwasser. Welches Ion enthält die Probe?
Lösung zeigen
Ergebnis:
Carbonat-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 CH₃COOH + H₂O ⇌ CH₃COO⁻ + H₃O⁺?
Lösung zeigen
Ergebnis:
Ks = c(H₃O⁺) · c(CH₃COO⁻) : c(CH₃COOH)
Ich leite das Ionenprodukt des Wassers her und berechne den pH-Wert starker Säuren.
38
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?
Lösung zeigen
Ergebnis:
12,70
Ich bestimme mit einer Säure-Base-Titration die Konzentration einer Säure oder Lauge.
39
10,0 mL Schwefelsäure werden bis zum Äquivalenzpunkt mit Natronlauge der Konzentration c = 0,050 mol/L titriert. Verbraucht werden 80,0 mL. Jedes Schwefelsäure-Molekül gibt zwei Protonen ab. Bestimme: Wie groß ist c(H₂SO₄)?
Lösung zeigen
Ergebnis:
0,20 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 = 0,01 mol/L. Bestimme: Wie groß ist der pH-Wert nach der Näherung für schwache Säuren, auf eine Nachkommastelle gerundet?
Lösung zeigen
Ergebnis:
3,1
Ich deute Titrationskurven und erkläre Puffersysteme (Leistungskurs).
41
Welches Paar bildet ein Puffersystem?
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Ergebnis:
HCN und CN⁻
Ich erkläre mehrstufige Protolyse, den induktiven Effekt und den pH-Wert von Salzlösungen (Leistungskurs).
42
Kohlensäure protolysiert in 2 Stufen mit den pKs-Werten 6,35, 10,33. Bestimme: Welcher Wert gehört zur ersten Stufe?
Lösung zeigen
Ergebnis:
6,35

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
Ein polar gebundenes Wasserstoffatom
Nur Base, es kann Protonen aufnehmen, aber nicht abgeben
Die Aufnahme eines Protons gelingt dem Ion leichter als die Abgabe
Chlorid-Ionen
Chlorid-Ionen
Erst mit Salpetersäure ansäuern, bis kein Gas mehr entweicht, dann Silbernitrat zugeben
4,7 · 10⁻¹¹ mol/L
1,8 · 10⁻⁴ mol/L
Er bleibt gleich, nur der Anteil protolysierter Säure wächst
100
12,60
5
Die Stoffmenge an Hydroxid-Ionen ist gleich der Stoffmenge an Oxonium-Ionen
0,12 mol/L
0,10 mol/L
2,6
1,9
11,1
NH₄⁺ und NH₃
3,75
Auf den pKs-Wert der Essigsäure, also etwa 4,8
Basisch, das Anion nimmt Protonen auf
Sauer, das Kation gibt Protonen ab
Das hydratisierte Aluminium-Ion gibt Protonen an Wasser ab
CH₃COOH mit CH₃COO⁻ sowie H₃O⁺ mit H₂O
Oxonium-Ionen
Ks = c(H₃O⁺) · c(NH₃) : c(NH₄⁺)
2
Grün, die Mischfarbe im Neutralen
3,4
Säure, es gibt ein Proton ab
Nur Base, es kann Protonen aufnehmen, aber nicht abgeben
Carbonat-Ionen
Ks = c(H₃O⁺) · c(CH₃COO⁻) : c(CH₃COOH)
12,70
0,20 mol/L
3,1
HCN und CN⁻
6,35