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 H₂O?

Schritt für Schritt

Eine Säure gibt ein Proton ab, eine Base nimmt eines auf.
H₂O wird vor und nach der Reaktion verglichen.
H₂O verliert ein Proton: Säure.

Eine Säure gibt ein Proton ab, eine Base nimmt eines auf.
H₂O wird vor und nach der Reaktion verglichen.
H₂O 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 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 H₂S + OH⁻ → HS⁻ + H₂O gibt es zwei Teilchen mit je einer Rolle. Welche Rolle hat H₂S?
Lösung zeigen
1. Eine Säure gibt ein Proton ab, eine Base nimmt eines auf.
2. H₂S wird vor und nach der Reaktion verglichen.
3. H₂S verliert ein Proton: Säure.
Ergebnis:
Säure, es gibt ein Proton ab
★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

Das Teilchen HCOO⁻ 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
Warum ist Ammoniak eine Base, obwohl das Molekül keine Hydroxidgruppe enthält?
So fängst du an:
Eine Base ist ein Protonenakzeptor.
Lösung zeigen
1. Eine Base ist ein Protonenakzeptor.
2. Dafür braucht sie ein freies Elektronenpaar.
3. Das Stickstoffatom im Ammoniak hat eines.
Ergebnis:
Das Stickstoffatom hat ein freies Elektronenpaar und nimmt ein Proton auf
●5
Das Teilchen ClO⁻ 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? Ein Tropfen der Lösung färbt Universalindikatorpapier tiefblau.

Schritt für Schritt

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

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

Ergebnis:

Hydroxid-Ionen

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

○7
Welches Ion zeigt die folgende Beobachtung an? Beim Erwärmen mit Lauge entweicht ein stechend riechendes Gas, das Indikatorpapier bläut.
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 Ammonium-Ionen.
Ergebnis:
Ammonium-Ionen
●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
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

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

MerkenSäurekonstante

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

Je kleiner pKs, desto stärker die Säure.

BeispielMassenwirkungsgesetz, Säurekonstante und pKs-Wert

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

Schritt für Schritt

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

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

Ergebnis:

6,2 · 10⁻¹⁰ mol/L

AchtungKs, pKs und pKB falsch umgerechnet

So nicht

Aus Ks = 10⁻⁴ mol/L folgt pKs = 10.

So richtig

pKs = −lg Ks, also pKs = 4. Für ein korrespondierendes Paar gilt pKs + pKB = 14.

Schreib die Definition pKs = −lg Ks auf und setze Ks mit Einheit ein.

ÜbenJetzt du

○10
Für Essigsäure gilt pKs = 4,76. 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 4,76.
3. Ks = 1,7 · 10⁻⁵ mol/L
Ergebnis:
1,7 · 10⁻⁵ mol/L
●11
Wie lautet der Ausdruck für die Säurekonstante Ks der Protolyse H₂PO₄⁻ + H₂O ⇌ HPO₄²⁻ + H₃O⁺?
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⁻)
★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

Natronlauge hat die Konzentration c(NaOH) = 0,002 mol/L und protolysiert vollständig. Bestimme: Wie groß ist der pH-Wert bei 25 Grad Celsius, auf zwei Nachkommastellen gerundet?

Schritt für Schritt

c(OH⁻) = 1 · 0,002 mol/L.
c(H₃O⁺) = 10⁻¹⁴ mol²/L² : c(OH⁻), also pH = 14 − pOH.
pH = 11,30

c(OH⁻) = 1 · 0,002 mol/L.
c(H₃O⁺) = 10⁻¹⁴ mol²/L² : c(OH⁻), also pH = 14 − pOH.
pH = 11,30

Ergebnis:

11,30

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

○13
Natronlauge hat die Konzentration c(NaOH) = 0,1 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 · 0,1 mol/L.
Lösung zeigen
1. c(OH⁻) = 1 · 0,1 mol/L.
2. c(H₃O⁺) = 10⁻¹⁴ mol²/L² : c(OH⁻), also pH = 14 − pOH.
3. pH = 13,00
Ergebnis:
13,00
●14
Lösung A hat den pH-Wert 1, Lösung B den pH-Wert 4. 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
★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

Zur Neutralisation von 20,0 mL Salzsäure werden 15,0 mL Natronlauge mit c = 0,10 mol/L verbraucht. Bestimme: Wie groß ist c(HCl)?

Schritt für Schritt

n(NaOH) = 0,10 mol/L · 0,0150 L = 0,00150 mol.
Es gilt n(HCl) = n(NaOH).
c(HCl) = 0,00150 mol : 0,0200 L = 0,075 mol/L

n(NaOH) = 0,10 mol/L · 0,0150 L = 0,00150 mol.
Es gilt n(HCl) = n(NaOH).
c(HCl) = 0,00150 mol : 0,0200 L = 0,075 mol/L

Ergebnis:

0,075 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
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)?
So fängst du an:
n(NaOH) = 0,10 mol/L · 0,0050 L.
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
●17
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
★18
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

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 Flusssäure (pKs = 3,14) hat die Anfangskonzentration c₀ = 0,5 mol/L. Bestimme: Wie groß ist der pH-Wert nach der Näherung für schwache Säuren, auf eine Nachkommastelle gerundet?

Schritt für Schritt

Näherung für schwache Säuren: pH = ½ · (pKs − lg c₀).
pH = ½ · (3,14 − lg 0,5) = ½ · (3,14 + 0,30).
pH ≈ 1,7

Näherung für schwache Säuren: pH = ½ · (pKs − lg c₀).
pH = ½ · (3,14 − lg 0,5) = ½ · (3,14 + 0,30).
pH ≈ 1,7

Ergebnis:

1,7

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 hat bei 25 Grad Celsius den pH-Wert 13,1. 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 − 13,1.
3. pOH = 0,9
Ergebnis:
0,9
●20
Eine Lösung hat bei 25 Grad Celsius den pH-Wert 11,3. Bestimme: Wie groß ist ihr pOH-Wert?
Lösung zeigen
1. Bei 25 Grad Celsius gilt pH + pOH = 14.
2. pOH = 14 − 11,3.
3. pOH = 2,7
Ergebnis:
2,7
★21
Eine Ammoniaklösung mit c₀ = 0,10 mol/L hat den pKB-Wert 4,75. Bestimme: Wie groß ist ihr pH-Wert nach der Näherung für schwache Basen (eine Nachkommastelle)?
Lösung zeigen
1. Näherung: pOH = ½ · (pKB − lg c₀) = ½ · (4,75 + 1,00) = 2,875.
2. pH = 14 − pOH.
3. pH = 14 − 2,875 ≈ 11,1
Ergebnis:
11,1

8Ich deute Titrationskurven und erkläre Puffersysteme (Leistungskurs).

MerkenKurve und Puffer

Am Halbäquivalenzpunkt gilt pH = pKs.

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

BeispielTitrationskurven und Puffersysteme

Welches Paar bildet ein Puffersystem?

Schritt für Schritt

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

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

Ergebnis:

HCN und CN⁻

AchtungPuffer aus dem falschen Paar zusammengesetzt

So nicht

Welches Paar bildet ein Puffersystem → HNO₃ und NO₃⁻

So richtig

Welches Paar bildet ein Puffersystem → HCN und CN⁻

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

ÜbenJetzt du

○22
Benzoesäure (pKs = 4,20) 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 = 4,20
Ergebnis:
4,20
●23
Eine schwache Säure wird mit Natronlauge titriert. Was gilt am Halbäquivalenzpunkt?
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
★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 Natriumnitrit (NaNO₂)?

Schritt für Schritt

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

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

Ergebnis:

Basisch, das Anion nimmt Protonen auf

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
Citronensäure protolysiert in 3 Stufen mit den pKs-Werten 3,13, 4,76, 6,40. Bestimme: Welcher Wert gehört zur letzten Stufe?
So fängst du an:
Jede weitere Stufe ist schwächer als die vorige.
Lösung zeigen
1. Jede weitere Stufe ist schwächer als die vorige.
2. Der pKs-Wert wächst von Stufe zu Stufe.
3. Die letzte Stufe hat den größten Wert: 6,40.
Ergebnis:
6,40
●26
Wie reagiert eine wässrige Lösung von Natriumcarbonat (Na₂CO₃)?
Lösung zeigen
1. Kation und Anion werden getrennt betrachtet, ob sie mit Wasser reagieren.
2. Das Carbonat-Ion ist eine Base und nimmt Protonen auf, das Natrium-Ion reagiert nicht.
3. Also: basisch.
Ergebnis:
Basisch, das Anion nimmt Protonen auf
★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 Protolyse CO₃²⁻ + H₂O ⇌ HCO₃⁻ + OH⁻ 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 verliert ein Proton: Säure.
Ergebnis:
Säure, es gibt ein Proton ab
●29
Welches Strukturmerkmal macht ein Teilchen zum Protonendonator?
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
●30
Wie lautet der Ausdruck für die Säurekonstante Ks der Protolyse HCN + H₂O ⇌ CN⁻ + H₃O⁺?
Lösung zeigen
1. Im Zähler stehen die Produkte H₃O⁺ und CN⁻.
2. Im Nenner steht das Edukt HCN.
3. Wasser steht nicht im Ausdruck.
Ergebnis:
Ks = c(H₃O⁺) · c(CN⁻) : c(HCN)
●31
Lösung A hat den pH-Wert 7, Lösung B den pH-Wert 8. Bestimme: Wie viel mal so groß ist c(H₃O⁺) in Lösung A im Vergleich zu Lösung B?
Lösung zeigen
1. Unterschied der pH-Werte: 1.
2. Jede Stufe bedeutet den Faktor 10.
3. Faktor 10 hoch 1 = 10
Ergebnis:
10
●32
25,0 mL Salzsäure werden bis zum Äquivalenzpunkt mit Bariumhydroxid-Lösung der Konzentration c = 0,10 mol/L titriert. Verbraucht werden 15,0 mL. Jede Formeleinheit liefert zwei Hydroxid-Ionen. Bestimme: Wie groß ist c(HCl)?
Lösung zeigen
1. n(Ba(OH)₂) = 0,10 mol/L · 0,0150 L.
2. Am Äquivalenzpunkt gilt n(HCl) · 1 = n(Ba(OH)₂) · 2.
3. c(HCl) = n(HCl) : 0,0250 L = 0,12 mol/L
Ergebnis:
0,12 mol/L
●33
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

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 CH₃COO⁻ + H₃O⁺ → CH₃COOH + H₂O gibt es zwei Teilchen mit je einer Rolle. Welche Rolle hat CH₃COO⁻?
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 ClO⁻ 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 Chlorid-Ionen?
Lösung zeigen
Ergebnis:
Mit Silbernitratlösung entsteht ein weißer Niederschlag, der sich in verdünnter Ammoniaklösung sehr gut löst
Ich wende das Massenwirkungsgesetz auf Protolysen an und deute Säurekonstante und pKs-Wert.
37
Für Milchsäure gilt pKs = 3,86. Welche Säurekonstante Ks ergibt sich daraus?
Lösung zeigen
Ergebnis:
1,4 · 10⁻⁴ 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?
Lösung zeigen
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
10,0 mL Salpetersäure werden bis zum Äquivalenzpunkt mit Kalilauge der Konzentration c = 0,050 mol/L titriert. Verbraucht werden 20,0 mL. Bestimme: Wie groß ist c(HNO₃)?
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Ergebnis:
0,10 mol/L
Ich berechne pOH-Wert, pKB-Wert und den pH-Wert schwacher Säuren und Basen (Leistungskurs).
40
Eine Lösung 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
Propansäure (pKs = 4,87) wird mit Natronlauge titriert. Bestimme: Wie groß ist der pH-Wert am Halbäquivalenzpunkt?
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Ergebnis:
4,87
Ich erkläre mehrstufige Protolyse, den induktiven Effekt und den pH-Wert von Salzlösungen (Leistungskurs).
42
Phosphorsäure protolysiert in 3 Stufen mit den pKs-Werten 2,16, 7,21, 12,32. Bestimme: Welcher Wert gehört zur ersten Stufe?
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Ergebnis:
2,16

Bei „unsicher“ oder „noch nicht“: Lies den Abschnitt zum Ziel noch einmal und rechne seine drei Aufgaben.

Wörter

Bruch: ein Teil von einem Ganzen, als Zahl geschrieben
Funktion: eine Regel, die aus einer Zahl eine andere macht

Lösungen

Base, es nimmt ein Proton auf
Säure, es gibt ein Proton ab
Base, es nimmt ein Proton auf
Das Stickstoffatom hat ein freies Elektronenpaar und nimmt ein Proton auf
Nur Base, es kann Protonen aufnehmen, aber nicht abgeben
Die Aufnahme eines Protons gelingt dem Ion leichter als die Abgabe
Ammonium-Ionen
Mit Natronlauge versetzen, das entweichende Ammoniak färbt feuchtes Indikatorpapier blau
Chlorid-Ionen
1,7 · 10⁻⁵ mol/L
Ks = c(H₃O⁺) · c(HPO₄²⁻) : c(H₂PO₄⁻)
Er bleibt gleich, nur der Anteil protolysierter Säure wächst
13,00
1000
5
0,050 mol/L
0,12 mol/L
0,20 mol/L
0,9
2,7
11,1
4,20
Es gilt pH = pKs, weil c(HA) = c(A⁻) ist
Auf den pKs-Wert der Essigsäure, also etwa 4,8
6,40
Basisch, das Anion nimmt Protonen auf
Das hydratisierte Aluminium-Ion gibt Protonen an Wasser ab
Säure, es gibt ein Proton ab
Ein polar gebundenes Wasserstoffatom
Ks = c(H₃O⁺) · c(CN⁻) : c(HCN)
10
0,12 mol/L
2,3
Base, es nimmt ein Proton auf
Nur Base, es kann Protonen aufnehmen, aber nicht abgeben
Mit Silbernitratlösung entsteht ein weißer Niederschlag, der sich in verdünnter Ammoniaklösung sehr gut löst
1,4 · 10⁻⁴ mol/L
Es enthält je 10⁻⁷ mol/L Oxonium- und Hydroxid-Ionen
0,10 mol/L
5,6
4,87
2,16