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 NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻ gibt es zwei Teilchen mit je einer Rolle. Welche Rolle hat NH₃?

Schritt für Schritt

Eine Säure gibt ein Proton ab, eine Base nimmt eines auf.
NH₃ wird vor und nach der Reaktion verglichen.
NH₃ gewinnt ein Proton: Base.

Eine Säure gibt ein Proton ab, eine Base nimmt eines auf.
NH₃ wird vor und nach der Reaktion verglichen.
NH₃ 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 HPO₄²⁻ + H₃O⁺ → H₂PO₄⁻ + H₂O gibt es zwei Teilchen mit je einer Rolle. Welche Rolle hat HPO₄²⁻?
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. HPO₄²⁻ wird vor und nach der Reaktion verglichen.
3. HPO₄²⁻ gewinnt ein Proton: Base.
Ergebnis:
Base, es nimmt ein Proton auf
●2
In der Protolyse CH₃COO⁻ + H₃O⁺ → CH₃COOH + H₂O gibt es zwei Teilchen mit je einer Rolle. Welche Rolle hat CH₃COO⁻?
Lösung zeigen
1. Eine Säure gibt ein Proton ab, eine Base nimmt eines auf.
2. CH₃COO⁻ wird vor und nach der Reaktion verglichen.
3. CH₃COO⁻ 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 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 HCO₃⁻ 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 NH₄⁺ 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
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 Bromid-Ionen?

Schritt für Schritt

Zuerst wird das Reagenz für Bromid-Ionen gesucht.
Dann folgt die kennzeichnende Beobachtung.
Mit Silbernitratlösung fällt ein gelber, in Salpetersäure unlöslicher Niederschlag aus.

Zuerst wird das Reagenz für Bromid-Ionen gesucht.
Dann folgt die kennzeichnende Beobachtung.
Mit Silbernitratlösung fällt ein gelber, in Salpetersäure unlöslicher Niederschlag aus.

Ergebnis:

Mit Silbernitratlösung fällt ein gelber, in Salpetersäure unlöslicher Niederschlag aus

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 Ammonium-Ionen?
So fängst du an:
Zuerst wird das Reagenz für Ammonium-Ionen gesucht.
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
●8
Wie weist man Ammonium-Ionen in einer Lösung nach?
Lösung zeigen
1. Eine Base nimmt dem Ammonium-Ion ein Proton ab.
2. Es entsteht gasförmiges Ammoniak.
3. Ammoniak färbt feuchtes Indikatorpapier blau.
Ergebnis:
Mit Natronlauge versetzen, das entweichende Ammoniak färbt feuchtes Indikatorpapier blau
★9
Eine Probe enthält Chlorid- und Carbonat-Ionen. Wie lässt sich Chlorid sicher nachweisen?
Lösung zeigen
1. Carbonat stört, weil Silbercarbonat ebenfalls weiß ist.
2. Salpetersäure entfernt das Carbonat als Gas.
3. Danach fällt nur noch Silberchlorid aus.
Ergebnis:
Erst mit Salpetersäure ansäuern, bis kein Gas mehr entweicht, dann Silbernitrat zugeben

4Ich wende das Massenwirkungsgesetz auf Protolysen an und deute Säurekonstante und pKs-Wert.

MerkenSäurekonstante

Ks = c(H₃O⁺) · c(A⁻) : c(HA), Wasser steht nicht im Bruch.

Je kleiner pKs, desto stärker die Säure.

BeispielMassenwirkungsgesetz, Säurekonstante und pKs-Wert

Für Flusssäure gilt pKs = 3,14. Welche Säurekonstante Ks ergibt sich daraus?

Schritt für Schritt

Ks = 10 hoch minus pKs.
Ks = 10 hoch minus 3,14.
Ks = 7,2 · 10⁻⁴ mol/L

Ks = 10 hoch minus pKs.
Ks = 10 hoch minus 3,14.
Ks = 7,2 · 10⁻⁴ mol/L

Ergebnis:

7,2 · 10⁻⁴ 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
Wie lautet der Ausdruck für die Säurekonstante Ks der Protolyse H₂PO₄⁻ + H₂O ⇌ HPO₄²⁻ + H₃O⁺?
So fängst du an:
Im Zähler stehen die Produkte H₃O⁺ und HPO₄²⁻.
Lösung zeigen
1. Im Zähler stehen die Produkte H₃O⁺ und HPO₄²⁻.
2. Im Nenner steht das Edukt H₂PO₄⁻.
3. Wasser steht nicht im Ausdruck.
Ergebnis:
Ks = c(H₃O⁺) · c(HPO₄²⁻) : c(H₂PO₄⁻)
●11
Wie lautet der Ausdruck für die Säurekonstante Ks der Protolyse HA + H₂O ⇌ A⁻ + H₃O⁺?
Lösung zeigen
1. Im Zähler stehen die Produkte H₃O⁺ und A⁻.
2. Im Nenner steht das Edukt HA.
3. Wasser steht nicht im Ausdruck.
Ergebnis:
Ks = c(H₃O⁺) · c(A⁻) : c(HA)
★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

Bromwasserstoffsäure hat die Konzentration c(HBr) = 0,01 mol/L und protolysiert vollständig. Bestimme: Wie groß ist der pH-Wert, auf zwei Nachkommastellen gerundet?

Schritt für Schritt

Vollständige Protolyse: c(H₃O⁺) = 0,01 mol/L.
pH = −lg 0,01.
pH = 2,00

Vollständige Protolyse: c(H₃O⁺) = 0,01 mol/L.
pH = −lg 0,01.
pH = 2,00

Ergebnis:

2,00

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
Kalkwasser hat die Konzentration c(Ca(OH)₂) = 0,01 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?
So fängst du an:
c(OH⁻) = 2 · 0,01 mol/L.
Lösung zeigen
1. c(OH⁻) = 2 · 0,01 mol/L.
2. c(H₃O⁺) = 10⁻¹⁴ mol²/L² : c(OH⁻), also pH = 14 − pOH.
3. pH = 12,30
Ergebnis:
12,30
●14
Lösung A hat den pH-Wert 5, 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: 2.
2. Jede Stufe bedeutet den Faktor 10.
3. Faktor 10 hoch 2 = 100
Ergebnis:
100
★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 Salpetersäure werden bis zum Äquivalenzpunkt mit Kalilauge der Konzentration c = 0,10 mol/L titriert. Verbraucht werden 5,0 mL. Bestimme: Wie groß ist c(HNO₃)?

Schritt für Schritt

n(KOH) = 0,10 mol/L · 0,0050 L.
Am Äquivalenzpunkt gilt n(HNO₃) · 1 = n(KOH) · 1.
c(HNO₃) = n(HNO₃) : 0,0100 L = 0,050 mol/L

n(KOH) = 0,10 mol/L · 0,0050 L.
Am Äquivalenzpunkt gilt n(HNO₃) · 1 = n(KOH) · 1.
c(HNO₃) = n(HNO₃) : 0,0100 L = 0,050 mol/L

Ergebnis:

0,050 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 Salpetersäure werden bis zum Äquivalenzpunkt mit Kalilauge der Konzentration c = 0,050 mol/L titriert. Verbraucht werden 40,0 mL. Bestimme: Wie groß ist c(HNO₃)?
So fängst du an:
n(KOH) = 0,050 mol/L · 0,0400 L.
Lösung zeigen
1. n(KOH) = 0,050 mol/L · 0,0400 L.
2. Am Äquivalenzpunkt gilt n(HNO₃) · 1 = n(KOH) · 1.
3. c(HNO₃) = n(HNO₃) : 0,0200 L = 0,10 mol/L
Ergebnis:
0,10 mol/L
●17
10,0 mL Salzsäure werden bis zum Äquivalenzpunkt mit Natronlauge der Konzentration c = 0,10 mol/L titriert. Verbraucht werden 5,0 mL. Bestimme: Wie groß ist c(HCl)?
Lösung zeigen
1. n(NaOH) = 0,10 mol/L · 0,0050 L.
2. Am Äquivalenzpunkt gilt n(HCl) · 1 = n(NaOH) · 1.
3. c(HCl) = n(HCl) : 0,0100 L = 0,050 mol/L
Ergebnis:
0,050 mol/L
★18
25,0 mL Salzsäure werden bis zum Äquivalenzpunkt mit Natronlauge der Konzentration c = 0,050 mol/L titriert. Verbraucht werden 60,0 mL. Bestimme: Wie groß ist c(HCl)?
Lösung zeigen
1. n(NaOH) = 0,050 mol/L · 0,0600 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

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 = 0,1 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 0,1) = ½ · (4,20 + 1,00).
pH ≈ 2,6

Näherung für schwache Säuren: pH = ½ · (pKs − lg c₀).
pH = ½ · (4,20 − lg 0,1) = ½ · (4,20 + 1,00).
pH ≈ 2,6

Ergebnis:

2,6

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 Propansäure (pKs = 4,87) 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?
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 · (4,87 − lg 0,2) = ½ · (4,87 + 0,70).
3. pH ≈ 2,8
Ergebnis:
2,8
●20
Eine Lösung hat bei 25 Grad Celsius den pH-Wert 10,6. Bestimme: Wie groß ist ihr pOH-Wert?
Lösung zeigen
1. Bei 25 Grad Celsius gilt pH + pOH = 14.
2. pOH = 14 − 10,6.
3. pOH = 3,4
Ergebnis:
3,4
★21
Eine Lösung der Propansäure (pKs = 4,87) 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 · (4,87 − lg 0,5) = ½ · (4,87 + 0,30).
3. pH ≈ 2,6
Ergebnis:
2,6

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⁻

AchtungPuffer aus dem falschen Paar zusammengesetzt

So nicht

Welches Paar bildet ein Puffersystem → HClO₄ und ClO₄⁻

So richtig

Welches Paar bildet ein Puffersystem → HF und F⁻

Prüfe, ob die Säure schwach ist und ob die Base genau zu ihr gehört.

ÜbenJetzt du

○22
Eine schwache Säure wird mit Natronlauge titriert. Was gilt am Halbäquivalenzpunkt?
So fängst du an:
Die Hälfte der Säure ist zu A⁻ geworden.
Lösung zeigen
1. Die Hälfte der Säure ist zu A⁻ geworden.
2. Also gilt c(HA) = c(A⁻).
3. Im Ks-Ausdruck kürzt sich der Bruch: pH = pKs.
Ergebnis:
Es gilt pH = pKs, weil c(HA) = c(A⁻) ist
●23
Propansäure (pKs = 4,87) wird mit Natronlauge titriert. Bestimme: Wie groß ist der pH-Wert am Halbäquivalenzpunkt?
Lösung zeigen
1. Am Halbäquivalenzpunkt ist die Hälfte der Säure zu A⁻ geworden.
2. Dann gilt c(HA) = c(A⁻), und der Bruch im Ks-Ausdruck kürzt sich.
3. pH = pKs = 4,87
Ergebnis:
4,87
★24
Das Hydrogencarbonat-Ion (pKs = 10,33) 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 = 10,33
Ergebnis:
10,33

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

Eine Natriumacetat-Lösung reagiert schwach basisch. Welche Reaktion ist dafür verantwortlich?

Schritt für Schritt

Das Acetat-Ion ist die Base der schwachen Essigsäure.
Es nimmt ein Proton aus Wasser auf.
Dabei bleibt ein Hydroxid-Ion übrig.

Das Acetat-Ion ist die Base der schwachen Essigsäure.
Es nimmt ein Proton aus Wasser auf.
Dabei bleibt ein Hydroxid-Ion übrig.

Ergebnis:

CH₃COO⁻ + H₂O ⇌ CH₃COOH + OH⁻

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
Citronensäure protolysiert in 3 Stufen mit den pKs-Werten 3,13, 4,76, 6,40. Bestimme: Welcher Wert gehört zur ersten Stufe?
So fängst du an:
Jede weitere Stufe ist schwächer als die vorige.
Lösung zeigen
1. Jede weitere Stufe ist schwächer als die vorige.
2. Der pKs-Wert wächst von Stufe zu Stufe.
3. Die erste Stufe hat den kleinsten Wert: 3,13.
Ergebnis:
3,13
●26
Malonsäure protolysiert in 2 Stufen mit den pKs-Werten 2,83, 5,69. Bestimme: Welcher Wert gehört zur ersten Stufe?
Lösung zeigen
1. Jede weitere Stufe ist schwächer als die vorige.
2. Der pKs-Wert wächst von Stufe zu Stufe.
3. Die erste Stufe hat den kleinsten Wert: 2,83.
Ergebnis:
2,83
★27
Oxalsäure protolysiert in 2 Stufen mit den pKs-Werten 1,25, 4,27. Bestimme: Welcher Wert gehört zur ersten Stufe?
Lösung zeigen
1. Jede weitere Stufe ist schwächer als die vorige.
2. Der pKs-Wert wächst von Stufe zu Stufe.
3. Die erste Stufe hat den kleinsten Wert: 1,25.
Ergebnis:
1,25

Vermischte Übungen

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

Üben

●28
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
●29
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
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? 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
●31
Essigsäure hat den pKs-Wert 4,76, Ameisensäure den pKs-Wert 3,75. Welche Säure ist stärker?
Lösung zeigen
1. pKs = −lg Ks.
2. Ein kleinerer pKs-Wert heißt ein größeres Ks.
3. Ameisensäure ist deshalb die stärkere Säure.
Ergebnis:
Ameisensäure, denn ihr pKs-Wert ist kleiner
●32
Natronlauge hat die Konzentration c(NaOH) = 0,02 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 · 0,02 mol/L.
2. c(H₃O⁺) = 10⁻¹⁴ mol²/L² : c(OH⁻), also pH = 14 − pOH.
3. pH = 12,30
Ergebnis:
12,30
●33
25,0 mL Salzsäure werden bis zum Äquivalenzpunkt mit Bariumhydroxid-Lösung der Konzentration c = 0,050 mol/L titriert. Verbraucht werden 50,0 mL. Jede Formeleinheit liefert zwei Hydroxid-Ionen. Bestimme: Wie groß ist c(HCl)?
Lösung zeigen
1. n(Ba(OH)₂) = 0,050 mol/L · 0,0500 L.
2. Am Äquivalenzpunkt gilt n(HCl) · 1 = n(Ba(OH)₂) · 2.
3. c(HCl) = n(HCl) : 0,0250 L = 0,20 mol/L
Ergebnis:
0,20 mol/L

Auf einen Blick

MerkenDas Wichtigste

Protolyse: Eine Säure gibt ein Proton ab, eine Base nimmt es auf.
Bau und Funktion: Eine Säure hat ein polar gebundenes Wasserstoffatom, eine Base ein freies Elektronenpaar.
Nachweise: Silbernitrat fällt Chlorid weiß und Bromid gelblich.
Säurekonstante: Ks = c(H₃O⁺) · c(A⁻) : c(HA), Wasser steht nicht im Bruch.
pH-Wert: pH = −lg c(H₃O⁺). Eine pH-Stufe ist der Faktor 10. Bei 25 Grad Celsius gilt Kw = 10⁻¹⁴.
Titration: Am Äquivalenzpunkt gilt n(H₃O⁺) = n(OH⁻).
Schwache Säuren und Basen: Es gilt pH + pOH = 14. Für schwache Säuren gilt die Näherung pH = ½ · (pKs − lg c₀).
Kurve und Puffer: Am Halbäquivalenzpunkt gilt pH = pKs.
Stufen, Substituenten, Salze: Jede Protolysestufe ist schwächer als die vorige.

Kannst du das?

Je Ziel eine Aufgabe. Rechne sie ins Heft, dann kreuz ehrlich an. Keine Punkte, keine Note – der Test ist für dich.

ÜbenSelbsttest

Ich beschreibe Säure-Base-Reaktionen nach Brønsted als Protonenübergang und finde korrespondierende Säure-Base-Paare.
34
Welches Teilchen bildet mit dem Ammonium-Ion NH₄⁺ ein korrespondierendes Säure-Base-Paar?
Lösung zeigen
Ergebnis:
NH₃, das Ammoniak
Ich leite aus dem Bau eines Teilchens ab, ob es als Säure, als Base oder amphoter wirkt.
35
Das Teilchen CH₃COO⁻ besitzt kein polar gebundenes Wasserstoffatom und ein freies Elektronenpaar, mit dem ein Proton gebunden werden kann. Welche Funktion kann es nach Brønsted übernehmen?
Lösung zeigen
Ergebnis:
Nur Base, es kann Protonen aufnehmen, aber nicht abgeben
Ich weise Chlorid-, Bromid-, Carbonat-, Hydroxid-, Oxonium- und Ammonium-Ionen nach.
36
Welche Beobachtung gehört zum Nachweis von Hydroxid-Ionen?
Lösung zeigen
Ergebnis:
Ein Tropfen der Lösung färbt Universalindikatorpapier tiefblau
Ich wende das Massenwirkungsgesetz auf Protolysen an und deute Säurekonstante und pKs-Wert.
37
Für das Ammonium-Ion gilt pKs = 9,25. Welche Säurekonstante Ks ergibt sich daraus?
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Ergebnis:
5,6 · 10⁻¹⁰ mol/L
Ich leite das Ionenprodukt des Wassers her und berechne den pH-Wert starker Säuren.
38
Warum ist reines Wasser bei 25 Grad Celsius neutral, obwohl es Ionen enthält?
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Ergebnis:
Es enthält je 10⁻⁷ mol/L Oxonium- und Hydroxid-Ionen
Ich bestimme mit einer Säure-Base-Titration die Konzentration einer Säure oder Lauge.
39
20,0 mL Schwefelsäure werden bis zum Äquivalenzpunkt mit Natronlauge der Konzentration c = 0,20 mol/L titriert. Verbraucht werden 24,0 mL. Jedes Schwefelsäure-Molekül gibt zwei Protonen ab. Bestimme: Wie groß ist c(H₂SO₄)?
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Ergebnis:
0,12 mol/L
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 8,4. Bestimme: Wie groß ist ihr pOH-Wert?
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Ergebnis:
5,6
Ich deute Titrationskurven und erkläre Puffersysteme (Leistungskurs).
41
Essigsäure (pKs = 4,76) wird mit Natronlauge titriert. Bestimme: Wie groß ist der pH-Wert am Halbäquivalenzpunkt?
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Ergebnis:
4,76
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?
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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

Base, es nimmt ein Proton auf
Base, es nimmt ein Proton auf
Hin- und Rückreaktion laufen gleichzeitig und stellen ein Gleichgewicht ein
Ampholyt, es kann Protonen abgeben und zugleich aufnehmen
Nur Säure, es kann Protonen abgeben, aber nicht aufnehmen
Die Aufnahme eines Protons gelingt dem Ion leichter als die Abgabe
Mit Natronlauge entweicht ein Gas, das feuchtes Indikatorpapier blau färbt
Mit Natronlauge versetzen, das entweichende Ammoniak färbt feuchtes Indikatorpapier blau
Erst mit Salpetersäure ansäuern, bis kein Gas mehr entweicht, dann Silbernitrat zugeben
Ks = c(H₃O⁺) · c(HPO₄²⁻) : c(H₂PO₄⁻)
Ks = c(H₃O⁺) · c(A⁻) : c(HA)
Er bleibt gleich, nur der Anteil protolysierter Säure wächst
12,30
100
5
0,10 mol/L
0,050 mol/L
0,12 mol/L
2,8
3,4
2,6
Es gilt pH = pKs, weil c(HA) = c(A⁻) ist
4,87
10,33
3,13
2,83
1,25
Base, es nimmt ein Proton auf
Ampholyt, es kann Protonen abgeben und zugleich aufnehmen
Chlorid-Ionen
Ameisensäure, denn ihr pKs-Wert ist kleiner
12,30
0,20 mol/L
NH₃, das Ammoniak
Nur Base, es kann Protonen aufnehmen, aber nicht abgeben
Ein Tropfen der Lösung färbt Universalindikatorpapier tiefblau
5,6 · 10⁻¹⁰ mol/L
Es enthält je 10⁻⁷ mol/L Oxonium- und Hydroxid-Ionen
0,12 mol/L
5,6
4,76
6,35