Chemie · Klasse 13 · Kapitel

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

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○ mit Starthilfe, ● für alle, ★ zum Weiterdenken. Du wählst mindestens eine ★-Aufgabe. Du rechnest ins Heft.

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 CH₃COO⁻ + H₃O⁺ → CH₃COOH + H₂O gibt es zwei Teilchen mit je einer Rolle. Welche Rolle hat H₃O⁺?

Schritt für Schritt

Eine Säure gibt ein Proton ab, eine Base nimmt eines auf.
H₃O⁺ wird vor und nach der Reaktion verglichen.
H₃O⁺ verliert ein Proton: Säure.

Eine Säure gibt ein Proton ab, eine Base nimmt eines auf.
H₃O⁺ wird vor und nach der Reaktion verglichen.
H₃O⁺ 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 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
Welches Teilchen bildet mit dem Ammonium-Ion NH₄⁺ ein korrespondierendes Säure-Base-Paar?
Lösung zeigen
1. Ein korrespondierendes Paar unterscheidet sich um genau ein Proton.
2. NH₄⁺ gibt ein Proton ab.
3. Es bleibt NH₃.
Ergebnis:
NH₃, das Ammoniak
★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 H₂PO₄⁻ besitzt ein 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: ja.
Ein freies Elektronenpaar zur Protonenaufnahme: ja.
Beides vorhanden: Ampholyt.

Ein abspaltbares Wasserstoffatom: ja.
Ein freies Elektronenpaar zur Protonenaufnahme: ja.
Beides vorhanden: Ampholyt.

Ergebnis:

Ampholyt, es kann Protonen abgeben und zugleich aufnehmen

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 CO₃²⁻ 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 PO₄³⁻ 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? Beim Erwärmen mit Lauge entweicht ein stechend riechendes Gas, das Indikatorpapier bläut.

Schritt für Schritt

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

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

Ergebnis:

Ammonium-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 Hydroxid-Ionen?
So fängst du an:
Zuerst wird das Reagenz für Hydroxid-Ionen gesucht.
Lösung zeigen
1. Zuerst wird das Reagenz für Hydroxid-Ionen gesucht.
2. Dann folgt die kennzeichnende Beobachtung.
3. Ein Tropfen der Lösung färbt Universalindikatorpapier tiefblau.
Ergebnis:
Ein Tropfen der Lösung färbt Universalindikatorpapier tiefblau
●8
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
★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 Benzoesäure gilt pKs = 4,20. 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 4,20.
3. Ks = 6,3 · 10⁻⁵ mol/L
Ergebnis:
6,3 · 10⁻⁵ mol/L
●11
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
★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) = 0,1 mol/L und protolysiert vollständig. Bestimme: Wie groß ist der pH-Wert, auf zwei Nachkommastellen gerundet?

Schritt für Schritt

Vollständige Protolyse: c(H₃O⁺) = 0,1 mol/L.
pH = −lg 0,1.
pH = 1,00

Vollständige Protolyse: c(H₃O⁺) = 0,1 mol/L.
pH = −lg 0,1.
pH = 1,00

Ergebnis:

1,00

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
Natronlauge hat die Konzentration c(NaOH) = 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
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

10,0 mL Salzsäure werden bis zum Äquivalenzpunkt mit Bariumhydroxid-Lösung der Konzentration c = 0,050 mol/L titriert. Verbraucht werden 12,0 mL. Jede Formeleinheit liefert zwei Hydroxid-Ionen. Bestimme: Wie groß ist c(HCl)?

Schritt für Schritt

n(Ba(OH)₂) = 0,050 mol/L · 0,0120 L.
Am Äquivalenzpunkt gilt n(HCl) · 1 = n(Ba(OH)₂) · 2.
c(HCl) = n(HCl) : 0,0100 L = 0,12 mol/L

n(Ba(OH)₂) = 0,050 mol/L · 0,0120 L.
Am Äquivalenzpunkt gilt n(HCl) · 1 = n(Ba(OH)₂) · 2.
c(HCl) = n(HCl) : 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
20,0 mL Schwefelsäure werden bis zum Äquivalenzpunkt mit Natronlauge der Konzentration c = 0,050 mol/L titriert. Verbraucht werden 160,0 mL. Jedes Schwefelsäure-Molekül gibt zwei Protonen ab. Bestimme: Wie groß ist c(H₂SO₄)?
So fängst du an:
n(NaOH) = 0,050 mol/L · 0,1600 L.
Lösung zeigen
1. n(NaOH) = 0,050 mol/L · 0,1600 L.
2. Am Äquivalenzpunkt gilt n(H₂SO₄) · 2 = n(NaOH) · 1.
3. c(H₂SO₄) = n(H₂SO₄) : 0,0200 L = 0,20 mol/L
Ergebnis:
0,20 mol/L
●17
25,0 mL Essigsäure in Speiseessig werden bis zum Äquivalenzpunkt mit Natronlauge der Konzentration c = 0,050 mol/L titriert. Verbraucht werden 50,0 mL. Bestimme: Wie groß ist c(CH₃COOH)?
Lösung zeigen
1. n(NaOH) = 0,050 mol/L · 0,0500 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
★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 8,4. Bestimme: Wie groß ist ihr pOH-Wert?

Schritt für Schritt

Bei 25 Grad Celsius gilt pH + pOH = 14.
pOH = 14 − 8,4.
pOH = 5,6

Bei 25 Grad Celsius gilt pH + pOH = 14.
pOH = 14 − 8,4.
pOH = 5,6

Ergebnis:

5,6

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 der Ameisensäure (pKs = 3,75) hat die Anfangskonzentration c₀ = 0,1 mol/L. Bestimme: Wie groß ist der pH-Wert nach der Näherung für schwache Säuren, auf eine Nachkommastelle gerundet?
So fängst du an:
Näherung für schwache Säuren: pH = ½ · (pKs − lg c₀).
Lösung zeigen
1. Näherung für schwache Säuren: pH = ½ · (pKs − lg c₀).
2. pH = ½ · (3,75 − lg 0,1) = ½ · (3,75 + 1,00).
3. pH ≈ 2,4
Ergebnis:
2,4
●20
Eine Lösung hat bei 25 Grad Celsius den pH-Wert 2,5. Bestimme: Wie groß ist ihr pOH-Wert?
Lösung zeigen
1. Bei 25 Grad Celsius gilt pH + pOH = 14.
2. pOH = 14 − 2,5.
3. pOH = 11,5
Ergebnis:
11,5
★21
Eine Lösung der Propansäure (pKs = 4,87) 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?
Lösung zeigen
1. Näherung für schwache Säuren: pH = ½ · (pKs − lg c₀).
2. pH = ½ · (4,87 − lg 0,05) = ½ · (4,87 + 1,30).
3. pH ≈ 3,1
Ergebnis:
3,1

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.
HCOOH und HCOO⁻

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

Ergebnis:

HCOOH und HCOO⁻

AchtungReaktionspartner als korrespondierendes Paar gedeutet

So nicht

Welches Paar bildet ein Puffersystem → HCN 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
Blausäure (pKs = 9,21) 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 = 9,21
Ergebnis:
9,21
●23
Flusssäure (pKs = 3,14) 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 = 3,14
Ergebnis:
3,14
★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 Natriumfluorid (NaF)?

Schritt für Schritt

Kation und Anion werden getrennt betrachtet, ob sie mit Wasser reagieren.
Das Fluorid-Ion ist die Base der schwachen Flusssäure und nimmt Protonen auf.
Also: basisch.

Kation und Anion werden getrennt betrachtet, ob sie mit Wasser reagieren.
Das Fluorid-Ion ist die Base der schwachen Flusssäure und nimmt Protonen auf.
Also: basisch.

Ergebnis:

Basisch, das Anion nimmt Protonen auf

AchtungFalsches Ion für die Reaktion mit Wasser verantwortlich gemacht

So nicht

Natrium-Ionen reagieren mit Wasser und machen die Lösung basisch.

So richtig

Natrium-Ionen reagieren nicht mit Wasser. Das Acetat-Ion nimmt Protonen auf und macht die Lösung basisch.

Frag dich bei jedem Ion: Stammt es aus einer starken oder aus einer schwachen Säure oder Base?

ÜbenJetzt du

○25
Chloressigsäure (pKs = 2,9) ist stärker als Essigsäure (pKs = 4,8). Wie lässt sich das erklären?
So fängst du an:
Chlor ist elektronegativer als Kohlenstoff.
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
●26
Wie reagiert eine wässrige Lösung von Natriumacetat (CH₃COONa)?
Lösung zeigen
1. Kation und Anion werden getrennt betrachtet, ob sie mit Wasser reagieren.
2. Das Acetat-Ion ist eine Base und nimmt Protonen auf, das Natrium-Ion reagiert nicht.
3. Also: basisch.
Ergebnis:
Basisch, das Anion nimmt Protonen auf
★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 NH₄⁺ + OH⁻ → NH₃ + 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 H₂O 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
●30
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
●31
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
●32
Perchlorsäure hat die Konzentration c(HClO₄) = 0,0005 mol/L und protolysiert vollständig. Bestimme: Wie groß ist der pH-Wert, auf zwei Nachkommastellen gerundet?
Lösung zeigen
1. Vollständige Protolyse: c(H₃O⁺) = 0,0005 mol/L.
2. pH = −lg 0,0005.
3. pH = 3,30
Ergebnis:
3,30
●33
20,0 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) : 0,0200 L = 0,15 mol/L
Ergebnis:
0,15 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 Reaktion CH₃COOH + H₂O ⇌ CH₃COO⁻ + H₃O⁺ gibt es zwei korrespondierende Paare. Welche sind es?
Lösung zeigen
Ergebnis:
CH₃COOH mit CH₃COO⁻ sowie H₃O⁺ mit H₂O
Ich leite aus dem Bau eines Teilchens ab, ob es als Säure, als Base oder amphoter wirkt.
35
Das Teilchen HS⁻ besitzt ein polar gebundenes Wasserstoffatom und ein freies Elektronenpaar, mit dem ein Proton gebunden werden kann. Welche Funktion kann es nach Brønsted übernehmen?
Lösung zeigen
Ergebnis:
Ampholyt, es kann Protonen abgeben und zugleich aufnehmen
Ich weise Chlorid-, Bromid-, Carbonat-, Hydroxid-, Oxonium- und Ammonium-Ionen nach.
36
Welche Beobachtung gehört zum Nachweis von Chlorid-Ionen?
Lösung zeigen
Ergebnis:
Nach Zugabe von Silbernitratlösung fällt ein weißer Niederschlag aus, der in Salpetersäure unlöslich ist
Ich wende das Massenwirkungsgesetz auf Protolysen an und deute Säurekonstante und pKs-Wert.
37
Für Benzoesäure gilt pKs = 4,20. Welche Säurekonstante Ks ergibt sich daraus?
Lösung zeigen
Ergebnis:
6,3 · 10⁻⁵ mol/L
Ich leite das Ionenprodukt des Wassers her und berechne den pH-Wert starker Säuren.
38
Lösung A hat den pH-Wert 5, 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:
10
Ich bestimme mit einer Säure-Base-Titration die Konzentration einer Säure oder Lauge.
39
Bromthymolblau ist in Säuren gelb und in Laugen blau. Welche Farbe zeigt es am Äquivalenzpunkt der Titration von Salzsäure mit Natronlauge?
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Ergebnis:
Grün, die Mischfarbe im Neutralen
Ich berechne pOH-Wert, pKB-Wert und den pH-Wert schwacher Säuren und Basen (Leistungskurs).
40
Eine Lösung hat bei 25 Grad Celsius den pH-Wert 4,8. Bestimme: Wie groß ist ihr pOH-Wert?
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Ergebnis:
9,2
Ich deute Titrationskurven und erkläre Puffersysteme (Leistungskurs).
41
Welches Paar bildet ein Puffersystem?
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Ergebnis:
CH₃COOH und CH₃COO⁻
Ich erkläre mehrstufige Protolyse, den induktiven Effekt und den pH-Wert von Salzlösungen (Leistungskurs).
42
Schweflige Säure protolysiert in 2 Stufen mit den pKs-Werten 1,81, 7,21. Bestimme: Welcher Wert gehört zur letzten Stufe?
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Ergebnis:
7,21

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
NH₃, das Ammoniak
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
Ein Tropfen der Lösung färbt Universalindikatorpapier tiefblau
Mit Natronlauge entweicht ein Gas, das feuchtes Indikatorpapier blau färbt
Erst mit Salpetersäure ansäuern, bis kein Gas mehr entweicht, dann Silbernitrat zugeben
6,3 · 10⁻⁵ mol/L
1,7 · 10⁻⁵ mol/L
Er bleibt gleich, nur der Anteil protolysierter Säure wächst
11,00
12,60
5
0,20 mol/L
0,10 mol/L
0,10 mol/L
2,4
11,5
3,1
9,21
3,14
Auf den pKs-Wert der Essigsäure, also etwa 4,8
Das Chloratom zieht Elektronen an und stabilisiert das Anion
Basisch, das Anion nimmt Protonen auf
Das Sauerstoffatom stellt das bindende Elektronenpaar bereit
Base, es nimmt ein Proton auf
Ampholyt, es kann Protonen abgeben und zugleich aufnehmen
Oxonium-Ionen
4,7 · 10⁻¹¹ mol/L
3,30
0,15 mol/L
CH₃COOH mit CH₃COO⁻ sowie H₃O⁺ mit H₂O
Ampholyt, es kann Protonen abgeben und zugleich aufnehmen
Nach Zugabe von Silbernitratlösung fällt ein weißer Niederschlag aus, der in Salpetersäure unlöslich ist
6,3 · 10⁻⁵ mol/L
10
Grün, die Mischfarbe im Neutralen
9,2
CH₃COOH und CH₃COO⁻
7,21