Aufgaben zu Säuren, Basen, ph-werte und Pufferlösungen - Vorbemerkungen

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1 Aufaben zu Säuren, Basen, ph-werte und Pufferlösunen - Vorbemerkunen Was muss ein Biolaborant über Säuren, Basen, ph-werte und Puffer wissen? Mithilfe der Autoprotolyse erklären können, weshalb neutrales Wasser ph = 7 besitzt (bei C). Die Unterscheidun zwischen starken und schwachen Säuren und Basen kennen. ph-wert-berechnunen mit den eebenen Näherunsformeln für schwache und starke Säuren und Basen durchführen. Die Herleitun der Näherunsformeln ist nicht relevant. Biolaboranten sind sich der Unenauikeit der ph-wert-berechnunen bewusst und runden deshalb ihre Enderebnisse auf eine vernünftie Anzahl von Nachkommastellen. Biolaboranten können anhand der pk S- und pk B-Werte erkennen ob die Salze einer Säure oder Base eher sauer, neutral oder alkalisch reaiert. So erkennen Sie, dass beispielsweise. Natriumchlorid im Wasser neutral, Natriumacetat im Wasser aber alkalisch reaiert. Wohl kaum eine andere Berufsruppe hat mehr mit Puffern zu tun, als die Biolaborberufe (Biolaboranten, BTA etc.). Biolaboranten kennen deshalb die Grundlaen der Pufferchemie und sind sich auch der berenzten Gültikeit der Pufferleichun (HENDERSON-HASSEBACH-Gleichun) in der Realität bewusst. Sie kennen mehrere alltastauliche Methoden um aus Reinstoffen Puffer herzustellen und beherrschen auch das Verdünnen von Pufferstammlösunen auf ewünschte Konzentrationen. Ihr Wissen beschränkt sich dabei nicht nur auf einfache Puffer wie Essisäure/Acetat-Puffer oder PBS-Puffer, sondern erstreckt sich auch auf Eienschaften wichtier änier biochemische Puffersubstanzen wie HEPES, TRIS, MOPS etc (GOOD-Puffer). Bioloielaboranten wissen rundleende Sachverhalte zur Praxis der ph-wert-messun: Messstab wird ein konz. Kaliumchloridlösun aufbewahrt; rund um den Neutralpunkt ist die ph-wert-einstellun mit auen oder Säuren besonders schwieri; Kalibrierun des ph-gerätes mithilfe von Pufferlösunen.

2 Säuren und Basen, ph-wert-berechnunen und Pufferlösunen C1B/CB Vereinbarun: Die Berechnunen fußen auf dem im Unterricht eineführten Tabellenbuch. Sind mehre Tabellenwerte zu finden, so wird der Wert bevorzut, der der Bezustemperatur = C am nächsten kommt. Alle ph-werte beziehen sich auf diese Temperatur. Für die Berechnunen elten folende Formeln: pk S < 0: starke Säuren pk B <0: starke Basen c(h 3O + ) c 0(HA) c(oh ) c 0(B) c 0: Anfanskonzentration/Gesamtkonzentration, c(x): Gleichewichtskonzentration der Molekülsorte X in ösun pk S = 0 4: mittelstarke Säuren Berechnun mit komplizierter Formel (nicht behandelt) b) pk S > 4: schwache Säuren pks l c0( Säure) c( H3O ) K S c0 ( Säure) oder ph a) pk B = 0 4: mittelstarke Basen Berechnun mit komplizierter Formel (nicht behandelt) b) pk B > 4: schwache Basen pkb l c0( Base) c( OH ) KB c0 ( Base) oder poh 1. ph-wert starker Säuren und Basen und allemeine Fraen zu Protolysen und zur ph-wert-messun 1.1 Berechnen Sie den ph-wert folender ösunen a) 1 M HCl b) 0,1 M HNO 3 c) 0,003 M H SO 4 (. Protolysestufe wird vernachlässit) d) 0,5 M HNO 3 1. Welche Konzentration c(hcl) hat eine Salzsäure, deren ph-wert mit ph = 5,6 emessen wurde? 1.3 Welchen ph-wert hat eine Chlorsäurelösun (HClO 3, pk S=,7 ), wenn c(oh ) = 1, milli/ beträt? 1.4 Welche Masse an NaOH ist in 000 m Natronlaue mit dem ph-wert 10,5 enthalten? 1.5 Berechnen Sie den ph-wert einer Kalilaue mit der Massenkonzentration β(koh) = 0,540 /. 1.6 Eine esättite Calciumhydroxidlösun (Annahme: Salz dissoziiert beim ösen vollständi in Ionen) besitzt ph = 1,6. Berechnen Sie die Massenkonzentration einer solchen esättiten ösun in /. 1.7 Eine Natronlaue besitzt den Massenanteil w %(NaOH) = 1,49 %. Berechnen Sie dem ph-wert der ösun, wenn die Dichte der ösun 1,015 /cm 3 beträt. 1.8 Mit wie viel Wasser müssen 10 m einer Chlorsäurelösun (pk S =,7) mit ph =,4 rechnerisch verdünnt werden, um ph = 5,0 zu erreichen? Annahme: Volumeneffekte können vernachlässit werden. 1.9 Geben Sie 3 Beispiele für Teilchen an, die sowohl korrespondierende Säuren als auch korrespondierende Basen sein können. (ähnlich einer Prüfunsaufabe CB Abschlussprüfun Teil 1, Sommer 017) 1.10 Geben Sie 3 Beispiele (Formel + Name) für mehrwertie Säuren an. (ähnlich einer Prüfunsaufabe CB Abschlussprüfun Teil 1, Sommer 017) 1.11 Beschreibun Sie die Aufbewahrun und die Kalibrierun eines ph-messerätes (praktische Durchführun) (ähnlich einer Prüfunsaufabe CB Abschlussprüfun Teil 1, Sommer 018). ph-wert schwacher Säuren und Basen.1 Berechnen Sie den ph-wert folender wässerier ösunen a) Essisäure, c(ch 3COOH) = 0,015 / b) Ammoniaklösun, c(nh 3) = 0,50 /. 8,5 Propansäure (Propionsäure, CH 3-CH -COOH ) werden zu,0 aufefüllt. Welchen ph-wert hat die ösun?.3 Wie roß muss die Massenkonzentration einer Benzoesäure (C 6H 5-COOH) sein, damit der ph-wert 5,0 beträt? 3. ph-werte von Salzen 3.1 a) Welchen qualitativen Zusammenhan ibt es zwischen der Säurestärke einer Säure (z.b. Chlorwasserstoff) und der Basestärke der dazuehörien Base (z.b. Chloridion)? Formulieren Sie die passenden Reaktionsleichunen. b) Welchen quantitativen Zusammenhan ibt es zwischen dem Säureexponenten einer Säure, pk S(HA), und dem Basenexponenten der dazuehörien Base, pk B(A )? 3. Folende Salze werden in H O elöst. Bei welchem der Salzlösun erwarten Sie eher neutrale, alkalische oder sauren ph-wert? Beründen Sie! a) Natriumchlorid b) Natriumacetat c) Ammmoniumchlorid d) Kaliumphosphat (K 3PO 4) f) Calciumdihydroenphosphat ) Ammoniumacetat

3 4. ph-werte und Herstellun von Pufferlösunen 4.1 Der PBS-Puffer ( phosphate buffer saline, zu deutsch etwa Phosphat-epufferte Salzlösun) ist ein wichtier Puffer in der Molekularbioloie und Biochemie, weil er im neutralen Bereich puffert und isotonisch zu den Gewebsflüssikeiten des menschlichen Oranismus ist. Er enthält: β(nacl) = 8,0 /, β(kcl) = 0, /, β(na HPO 4) = 1,44 / und β(kh PO 4) = 0,4 /. Berechnen Sie den rechnerischen ph-wert der ösun mit der Pufferleichun, wenn man den Einfluss von KCl und NaCl vernachlässit. 4. In einem 1000 m-messkolben werden n = 0,1 Essisäure und n = 0,1 Natriumacetat CH 3COONa eeben und mit H O bis zur Marke aufefüllt. a) Welchen ph-wert hat die entstehende Pufferlösun? b) Erklären Sie die Pufferwirkun anhand eeineter Reaktionsleichunen. 4.3 In jeweils 50 m Ammoniak-ösun der Konzentration c(nh 3) = 1,00 / werden: a) 10,0 Ammoniumchlorid NH 4Cl ODER b) 30,0 Ammoniumchlorid NH 4Cl elöst. Welchen ph-wert hat die jeweils entstehenden Pufferlösun rechnerisch, wenn man Volumeneffekte durch Salzzuabe vernachlässit? 4.4 Wie ändert sich der ph-wert, wenn in 50 m Ameisensäure-ösun der Konzentration c(hcooh) = 0,5 / 3,50 Natriumformiat HCOONa elöst werden, wenn man Volumeneffekte vernachlässit? 4.5 Es sollen ca. 500 m eines 0,-aren Essisäure-Natriumacetat-Puffer mit ph = 4,5 mithilfe eines ph-meters herestellt werden. a) Geben Sie an, wie der Puffer aus reinem Natriumacetat und reiner Essisäure als Ausansstoffe in der aborpraxis herestellt wird (wichtiste Herstellunsschritte und falls nöti, die Rechnunen zu den einzusetzenden Stoffportionen). b) Geben Sie eine weitere Herstellunsmethode aus reiner Essisäure und einer weiteren Chemikalie Ihrer Wahl an (wichtiste Herstellunsschritte und falls nöti, die Rechnunen zu den einzusetzenden Stoffportionen). c) In welchem ph-bereich kann ein Essisäure-Acetat-Puffer einesetzt werden? 4.6 Welche Masse an Natriumacetat muss 500 m einer Essisäure-ösun der Konzentration c(ch 3COOH) = 0,05 / zuesetzt werden, damit eine Pufferlösun mit ph = 5,0 erhalten wird? 4.7 Nennen Sie mehrere Mölichkeiten um 500 m eines 50-milliaren Citronensäure-Natriumcitrat-Puffers mit ph = 4,0 herzustellen. Zur Verfüun stehen alle erforderlichen Chemikalien Citronensäure (C 6H 8O 7) ist eine oranische Säure, die K S-Werte sind im Tabellenbuch zu finden. a) Puffer der Citronensäure wirken in einem relativ weiten ph-bereich (im Vl. zu Essisäurepuffer). Beründen Sie kurz und eben die die unefähre Ober- und Unterrenze des ph-bereichs an. b) Aus Citronensäure-Monohydrat und Natronlaue sollen iter eines 50-milliaren Puffers herestellt werden, der bei ph = 6,0 puffert. Welche Masse Citronensäure-Monohydrat ist erforderlich? Wie wird der Puffer weiter herestellt? 5. Gemischte Aufaben und Klassenarbeitsfraen veranener Jahre (weitere Bonus-Aufaben ibt es online!) 5.1 Berechnen Sie den ph-wert folender ösunen a) Maensaft, c(hcl) 0,14 / b) Trimethylamin (dies ist eine Base) mit c = 00 m/ (K B = 5, /) 5. Geben Sie die Namen und die Summenformeln an, von a) 3 Salzen, deren wässerie ösunen unefähr neutral sind b) 1 Salz, dessen wässerie ösun sauer ist. c) 3 Salze, deren wässerie ösunen alkalisch sind. d) Beründen Sie, warum sich die Salze schwacher/starker Säuren/Basen in dieser Eienschaft unterscheiden! 5.3 Eine Chlorsäure-ösun besitzt β(hclo 3) = 100 m/. Berechnen Sie den ph-wert und c(oh) der ösun. Hinweis: HClO 3 als starke Säure behandeln! 5.4 öst man in einer Milchsäure-ösun (CH 3-CH(OH)-COOH, K S = 1, /) eine erine Mene NaOH auf, so entsteht eine Pufferlösun. a) Geben Sie allemein die Bestandteile einer Pufferlösun an und beründen Sie mit einer passenden Reaktionsleichun und dazuehöriem Text, dass hier eine solche ösun entsteht. b) Welcher ph-wert stellt sich bei dem bei a) entstandenen Puffer ein, wenn die Gleichewichtskonzentration der Säure der Pufferlösun vier mal rößer ist als die Konzentration der korrespondierenden Base? Musterlösunen unter

4 6. Weitere Bonusaufaben zu ph-wert-berechnunen und Pufferlösunen 6.1 Geben Sie den Zusammenhan zwischen folenden Größen raphisch wieder. a) x-achse: c(h 3O + ), y-achse: ph b) x-achse: ph, y-achse: c(oh - ) 6. Wie roß ist der absolute Unterschied in der H 3O + -Stoffmenenkonzentration (d.h. die H 3O + -Konzentrationsdifferenz) zwischen folenden ph-werten? a) ph 1 = 0, ph = 1 b) ph 1 = 1, ph = c) ph 1 =, ph = 3 d) ph 1 = 6, ph = Weshalb ist die ph-wert-anzeie eines ph-meters im saureren Bereich (z.b. ph = ) relativ stabil, schwankt aber (bzw. liefert zittrie Werte im neutraleren Bereich (z.b. ph = 6 oder ph = 7)? Tipp: Vl. auch Aufabe Aus einer Salzäure-Stammlösun mit ph = 1 sollen jeweils 1000 m folender Verdünnunen herestellt werden. I) ph = II) ph = 3 III) ph = 4 a) Welche Volumina der Stammlösunen müssen jeweils pipettiert werden. b) Wie würden Sie das erforderliche Gesamtvolumen an Stammlösun (auf eine änie übliche Größe aufrunden!) aus verdünnter Salzsäure mit w(hcl) = 5% herstellen? 6.5 Aus einer Essisäure-Stammlösun mit ph = 1 sollen jeweils 1000 m folender Verdünnunen herestellt werden. I) ph = II) ph = 3 III) ph = 4 a) Welche Volumina der Stammlösunen müssen jeweils pipettiert werden. b) Wie würden Sie das erforderliche Gesamtvolumen an Stammlösun (auf eine änie übliche Größe aufrunden!) aus reiner Essisäure (CH 3-COOH) herstellen? 6.6 Aus einer Salzsäure-Stammlösun sollen jeweils 50 m folender Verdünnunen herestellt werden: 5 m/, 50 m/, 75 m/ und 100 m/. Das kleinste zu pipettierende Volumen soll 5 m betraen. a) Welche Konzentration muss die Stammlösun haben? b) Wie würden Sie die erforderliche Stammlösun aus einer Salzsäure mit w(hcl) = 30,0% herstellen?

5 ösunen ohne Gewähr Bitte mailen Sie mir, wenn Sie über Fehler stolpern. Ich korriiere diese dann umehend und stelle die korriierte ösun online. Auch Ihre Mitschüler werden Ihnen dankbar sein. Vereinbarun: Sind mehre Tabellenwerte zu finden, so wird der Wert bevorzut, der der Bezustemperatur = C am nächsten kommt. Die Berechnunen fußen auf folenden Formeln: pk S < 0: starke Säuren c(h 3O + ) c 0(HA) pk B <0: starke Basen c(oh ) c 0(B) (ilt für protolysierende Basen: B +H O BH + + OH ) c 0: Anfanskonzentration/Gesamtkonzentration der Säure/Base, c(x): Gleichewichtskonzentration der Molekülsorte X in ösun pk S = 0 4: mittelstarke Säuren ph-wert-berechnun mit komplizierten Formeln (hier nicht behandelt) b) pk S > 4: schwache Säuren a) pk B = 0 4: mittelstarke Basen ph-wert-berechnun mit komplizierten Formeln (hier nicht behandelt) b) pk B > 4: schwache Basen c( H O ) K c ( Säure) oder 3 S 0 pks l c0 ( Säure) ph pk S < 0: starke Säuren c( OH ) K c ( Base) oder B 0 pk B l c0 ( Base) poh pk B <0: starke Basen c(h 3O + ) c 0(HA) c(oh ) c 0(B) c 0: Anfanskonzentration/Gesamtkonzentration der Säure/Base, c(x): Gleichewichtskonzentration der Molekülsorte X in ösun b) pk S > 4: schwache Säuren b) pk B > 4: schwache Basen c( H O ) K c ( Säure) oder 3 S 0 c( OH ) K c ( Base) oder B 0 ph pks l c0 ( Säure) poh pk B l c0 ( Base) 1.1 a) vollständie Protolyse => c(h 3O + ) = 1 / => ph = - l 1 0 a) vollständie Protolyse => c(h 3O + ) = 0,003 / => ph = - l 0,003,5 Da die. Protolysestufe nun eine untereordnete Rolle spielt, kann sie näherunsweise vernachlässit werden. Der tatsächliche ph-wert kann um ca. 0,1 ph-wert.einheiten vom berechneten Erebnis abweichen. b) ) vollständie Protolyse => c(h 3O + ) = 0,1 / => ph = - l 0,1 1 d) a) vollständie Protolyse => c(h 3O + ) = 0,5 / => ph = - l 0,5 0,30 1. ph = 5,6 => c(h 3O + ) = 10-5,6 / =, / => c(hcl) = c(h 3O + ) =, /

6 c( H3O ) c( OH ) 10 c( H 3O ) 0, ,3 10 c( HClO3 ) c( H3O ) 0, ph = 10,5 => poh = 14 10,5 = 3,5 c(oh ) = 10 3,5 / 0, / Da in 1 NaOH-Formeleinheit enau 1 OH enthalten ist: c(naoh) = c(oh ) 0, / In s enthaltene Stoffmene NaOH: n( NaOH ) c( NaOH ) V ( s) 0, ,00063 Umrechnun in Masse: m(naoh)=0, ,9971 / 0, Hier der ösunswe: Zuerst c(koh) berechnen. Daraus auf c(oh ) schließen. Dann kann poh und ph-wert berechnet werden. 1.6 ph = 1,6 => poh = 14 1,6 = 1,4 c(oh ) = 10 1,4 / 0, / Da in 1 Ca(OH) -Formeleinheit enau OH enthalten ist: c(ca(oh) ) : = c(oh ) 0, / β(ca(oh) ) = c(ca(oh) ) M(Ca(OH) )=0, / 74,093 / 1,475 / 1.7 0, 01491,015 c( NaOH ) 0, ,378 39,9971 ( NaOH ) w( NaOH ) ( s) 3 cm 3 M ( NaOH ) M ( NaOH ) cm c(oh) = c(naoh) 0,378 /. poh -l 0,378 0,4 => ph 13, Weil Chlorsäure eine starke Säure ist, ilt: c(hclo 3) 10 ph Konzentrat: c 1(HClO 3) 10,4 0, / Verdünnun: c (HClO 3) 10 5,0 0,00001 / Mischunsleichun: c V 0, m 1 1 c1 V1 c V V 3981m c 0, 00001

7 Das Gesamtvolumen der Verdünnun beträt also ca. 3,98. Da 10 m zu Beinn an Volumen schon vorlieen, müssen also noch ca. 3,97 Wasser zueeben werden. 1.9 Alle Teilchen die sowohl Protonen aufnehmen als auch abeben können (also amphotere Eienschaften besitzen) neutral: H₂O, Teilchen die sowohl saure als auch alkalische Reste traen, z.b. Aminosäuren: HN-R-COOH eladen: HPO 4 -, HPO 4-, HCO 3, HSO wertie Säuren: Schwefelsäure H SO 4, Kohlensäure H CO 3, Schweflie Säure H SO 3 3-wertie Säuren: H 3PO 4, Citronensäure 4-wertie Säure: Kieselsäure H 4SiO Die Aufbewahrun des Messstabs erfolt auf keinen Fall an freier uft (Austrocknun) oder in Wasser (Auslauun, Ionenverarmun) der empfindlichen Glasschicht, sondern in relativ konzentrierter KCl-ösun (z.b. 3 ar). Zur Kalibrierun wird die Elektrode in eine Pufferlösun mit bekanntem ph-wert (z.b. ph = 4) ehalten. Ist dieser Punkt einestellt (d.h. Anzeiewert an Sollwert anepasst, erfolt i.d.r. mittlerweile automatisch), so wird sie in eine weitere Pufferlösun mit anderem ph-wert (z.b. ph = 9) einetaucht und auch hier der Wert anepasst. Nun ist das Gerät kalibriert und zwar stren enommen nur im Bereich ph = 4 9 (Kalibrierbereich)! Man spricht deshalb auch von einer -Punktkalibrierun. Eine 1-Punktkalibrierun (z.b. nur mit einer Pufferlösun mit ph = 4), würde nur Probemessunen rund um diesen einen Kalibrierpunkt erlauben..1 a) K S(HAc) = 1, / => pk S(HAc) = -l K S(HAc) = - l 1, ,756 => pk S > 4 => Es kann die Formel für schwache Säuren anewendet werden 4, 756 l 0,015 ph 3,9 b) K B(NH 3) = 1, / => pk B(NH 3)= 4,767 => pk B > 4 => Es kann die Formel für schwache Basen anewendet werden 4,767 l 0,5 poh,53 => ph 14,53 11,47. n(propansäure) 8,5 c(propansäure)= = 0, M(Propansäure) V(s) 74,079 K S(Propansäure) = 1, / => pk S 4,874 => Es kann die Formel für schwache Säuren einesetzt werden. 4,874 l 0, ph 3, a + b) 3.1. Ist eine Säure sehr stark (pk S <<0, K s sehr roß), dann hat sie eine hohe Tendenz ein Proton abzueben. HCl + H O Cl + H 3O +.

8 Es ist unmittelbar einleuchten, dass die entstehenden Chlorid-Ionen selbst so ut wie keine Tendenz haben, beim Eintra in Wasser (z.b. in Form von Natriumchlorid) wiederum ein Proton aufzunehmen. Sie sind also nur sehr schwache Base. Die Reaktion Cl + H O HCl + OH findet so ut wie nicht statt! => öst man Chlorid-Ionen in Wasser auf, ändert sich deshalb der ph-wert nicht. Allemein kann man saen: Je stärke eine Säure (HA), desto schwächer ist die dazuehörie Base (A ). Man sat auch Salze starker Säuren lösen sich im Wasser neutral auf. Umekehrt ilt auch, dass Salze schwacher Säuren ziemlich starke Basen sein können. Beispiel: Essisäure (HAc) hat als schwache Säure nur eine erine Tendenz H + an H O abzueben. Trät man HAc in Wasser ein, dann findet die Reaktion HAc + H O Ac + H 3O + nur in erinem Ausmaß statt. öst man hineen Acetat-Ionen in Wasser (z.b. in Form des Salzes NaAc), so neien sie stark zur Protonenaufnahme: Ac + H O HAc + OH. öst man Acetate in Wasser auf, so entsteht also eine alkalische ösun! Allemein kann man saen: Je schwächer die Säure (HA), desto stärker ist die dazuehörie Base (A ). Man sat auch Salze schwacher Säuren reaieren im Wasser alkalisch. Im Umkehrschlüsse elten auch: So reaieren die Salze schwacher Basen (z.b. NH 3) im Wasser sauer (NH 4+ - Salze, z.b. NH 4Cl) b) Allemein ilt für das korrespondierende Säure-Base-Paar HA/A : pk S(HA) + pk B(A ) = 14 Beispiel1: Salzsäure, HCl: pk S(HCl) = -7 Beispiel : Essisäure, HAc: pk S(HAc) = 4,75 immer noch schwache Säure) => Chlorid-Ionen, Cl : pk B = 1 (also sehr schwache Base!) => Acetat-Ionen, Ac : pk B = 9,5 (schon etwas saurer, wenn auch Beispiel 3: Ethanol, pk S(EtOH) = 18 (steht nicht im Tabellenbuch) => Ethanolat-Ionen, EtO : pk B = -4 (sehr starke Base). öst man z.b. Natriumethanolat (NaOEt) in Wasser entstehen stark alkalische ösunen. 3. Folende Salze werden in H O elöst. Bei welchem der Salzlösun erwarten Sie eher neutrale, alkalische Die Beründun finden Sie roßteils bei der Antwort zu Aufabe 3.1 a) neutral b) alkalisch c) sauer 3 d) alkalisch. Phosphate (PO 4 -Salze) sind die Salze der Dihydroenphosphate. korrespondierendes Säure-Base- 3 Paar: HPO 4 /PO 4. Da pk S(H PO 4 ) = 11,74 ilt: pk B(PO 3 4 ) =,5. => relativ starke Basen. f) leicht alkalisch bis neutral. Es handelt sich um Salze der Säure H 3PO 4 (pk S =,1) => pk B(HPO 4 ) = 11,9 (also schwache Base). ABER H PO 4 kann auch als Säure wirken (II. Protolysestufe): pk S(H PO 4 ) = 7,0. Es überwieen trotzdem leicht die alkalischen Eienschaften, aber die ösun wird nahe ph = 7 bleiben. ) nahezu neutral (Ammonium-Ion mit pk S = 9,5 und Acetat-Ion mit pk B = 9,5 leichen sich erade aus!) 4.1 1,44 ( NaHPO4 ) c( HPO4 ) c( NaHPO4 ) 0, = c(korr. Base) M ( NaHPO4 ) 141,959

9 c H PO 0,4 ( KH PO ) = c (korr. Säure) 136, ( 4 ) c( KHPO4 ) 0, M ( KH PO4 ) pk S(korr. Säure) = 7,1 (aus Tabellenbuch,. Protolysestufe der Phosphorsäure) c( HPO ) 0, ph pks ( HPO4 ) l 7, 1 l 7,97 c( H PO ) 0, Die enlische Wikipedia (Stand: ) schreibt unter dem Stichwort buffer solutions dazu: The calculated ph may be different from measured ph. Glass electrodes found in common ph meters respond not to the concentration of hydroen ions ([H + ]), but to their activity, which depends on several factors, primarily on the ionic strenth of the media. For example, calculation of ph of phosphate-buffered saline would ive the value of 7.96, whereas the actual ph is c( Ac ) ph pks( HAc) l c ( HAc ) 3 pks( HAc) l Ks( HAc) l(1,75310 ) 4,756 0,1 ph 4, 756 l 4, 756 l1 4, , 756 0,1 Bemerkun: Sind die Stoffmenenkonzentration an Säure und korrespondierendem Salz leich roß, kürzt sich der l-term heraus. Der ph-wert des Puffers entspricht dem pks-wert des Puffers. b) siehe Unterlaen 4.3. ph pk NH c( NH ) 3 S ( 4 ) l c ( NH4 ) 4 B 3 pk ( NH ) 14 pk ( NH ) 14 4, 75 9, 5 S m( NH4Cl) c( NH4Cl) M ( NH Cl) V ( NH Cl) a) c( NH4Cl) 0, ,491 0,5 30 b) c( NH4Cl),434 53,491 0,5 1 a) ph 9,5 l 9,38 0, b) ph 9, 5 l 8,90, 434

10 4.4. c( HCOO ) ph pks( HCOOH ) l c ( HCOOH ) m( NaOOCH ) 3,50 c( NaOOCH ) 0,059 M ( NaOOCH ) V ( NaOOCH ) 68,00 0,5 pks( HCOOH ) 3,75 0, 059 ph 3, 75 l 3, 67 0, a) Zuerst stellt man eine 0,-are Essisäurelösun und eine 0,-are Natriumacetat-ösun her. Dann mischt man die beiden ösunen so miteinander, dass der ph-wert 4,5 und das benötite Gesamtvolumen herestellt wurde. Ist der ph-wert z.b. noch zu sauer ibt man einfach weitere 0,-are Natriumacetatlösun hinzu, ist der ph-wert zu alkalisch mischt man unter ph-wert-kontrolle weitere 0,-M-Essiäure dazu. Die Gesamtkonzentration an Acetat (in Form von Ac und HAc) wird stets 0,-/ sein. Da 500 m Gesamtvolumen herestellt werden sollen, können z.b. 300 m von jeder der beiden Ausanslösunen (Essisäurelösun, Natriumacetatlösun) herestellt werden. Die hierfür benötiten Massen müssen Sie ausrechnen! Hinweis: Eine Berechnun der benötiten Volumina über die Pufferleichun ist zwar mathematisch mölich, wird aber in der Praxis höchstens als Überschlasrechnun durcheführt, da die so berechneten Volumina von den tatsächlich benötiten Volumina abweichen können. b) Der Puffer lässt sich auch herstellen, indem zu einer Essisäurelösun NaOH etropft wird. Das zueebene NaOH überführt ein Teil der HAc-Stoffmene in NaAc: HAc + NaOH NaAc + H O. Es wird so viel NaOH zuetropft bis der ewünschte ph-wert einestellt ist. Da 0,5 eines 0,-aren Essisäure- NaAc-Puffer herestellt werden soll, werden also 0,1 HAc (! die esamte enthaltene Ac - -Stoffmene wird also als HAc vorelet!) in z.b. 300 m Wasser elöst. Nun ibt man NaOH oder NaOH-ösun dazu bis der ewünschte ph-wert erreicht ist. Am Schluss füllt man nun noch auf das Endvolumen, also 500 m auf. Der so herestellt Puffer ist damit enau 0,-ar. Das Auffüllen mit Wasser auf 500 m beeinflusst den ph-wert des Puffers nicht. Welche Masse reiner Essisäure vorelet werden muss, sollten Sie selbst berechnen. c) Eine Pufferwirkun ist nur +/- 1 ph-einheit um den pk S-Wert von Essisäure eeben c( Ac ) ph pks( HAc) l c ( HAc ) pks( HAc) 4,76 0,4 c( Ac ) c( Ac ) c( Ac ) c( Ac ) 5, 0 4, 76 l 0, 4 l 10 1, 738 c( Ac ) 1,738 c( HAc) c( HAc) c( HAc) c( HAc) c( HAc) c( Ac ) 1, 7380, 05 0, 0867 c( Ac ) c( NaAc) 0,0867 n( NaAc) c( NaAc) VPuffer 0,0867 0,5 0,0434 m( NaAc) 0, , 034 3, 6

11 4.7 fehlt noch! 4.8 a) 3-protonie Säure => 3 Puffersysteme: CitH 3/CitH : pk S = 3,14: puffert bei,1 4,1 Die ph-bereiche (pk S ±1) reifen ineinander => CitH /CitH : pk S = 4,77: puffert bei 3,8 5,8 roßes Pufferband von,1 bis 6,4 CitH /Cit 3 : pk S = 5,38: puffert bei 4,4 6,4 b) M(C 6H 8O 7 H O) 10,14 /. In sind 500 m Citronensäuremonohydrat enthhalten. Die wieen ca. m 105. Diese Masse wird abewoen und in z.b. ca m elöst. Nun ibt man NaOH oder NaOH-s. hinzu, bis ph= 6. Anschließend füllt man mit H O bis 000 m auf (z.b. im Erlenmeyerkolben). 5.1 Maensaft ph = - l c(h 3O + ) - l c(hcl) 0,85 5. Trimethylamin => pk B 4,40 4,40 l 0, poh,47 ph 14, 47 11,53 Benzolsufonsäure pk S 0,699 0, 0, c( H3O ) 0, 0,15 0,1 4 / => ph 1,00 sauer: NH 4Cl Ammoniumchlorid alkalisch: z.b. NaCH 3COO Natriumactat, KCH 3CHCOO Natriumpropanoat, Na 3PO 4 Natriumphosphat eher neutral: z.b. NaCl Natriumchlorid, NaBr Natriumbromid, KNO 3: Kaliumnitrat starke Säuren, wie z.b. HCl, haben eine roße Tendenz Protonen abzueben. Umekehrt haben die entstehenden Säurerestionen starker Säuren (hier z.b. Cl ) nur eine sehr erine Tendenz von H O ein Proton abzuspalten um wieder in die Säure überzuehen. Die Salze starker Säuren reaieren neutral. Schwache Säuren (z.b. HAc) haben hineen nur eine erine Tendenz Protonen (H + ) abzuspalten. öst man die Salze schwacher Säuren in Wasser (hier z.b. NaAc), so hat das Säurerestion (hier: Ac ) eine hohe Tendenz von H O wieder ein Proton abzuspalten um in HAc überzuehen: Ac + H O HAc + OH, so dass eine alkalische ösun entsteht. 5.3 c HClO ( HClO ) 0,1 3 ( 3) 0, M ( HClO3 ) 84, 4588 da starke Säure => c(h 3O + ) 0, / ph,93 => poh 11,07 => c(oh ) 10 11,07 8, / 5.4 a) Eine Pufferlösun entsteht, wenn in einer wässerien ösun einer schwachen oder mittelstarken Säure und die korrespondierende Base dazu in ähnlichen Konzentrationen vorlieen. CH 3-CH(OH)-COOH + OH CH 3-CH(OH)-COO Durch Zuabe von etwas NaOH, wird ein Teil der Milchsäureeküle in actat-ionen umewandelt, so dass beide benötiten Bestandteile für eine Pufferlösun (Säure + korrespondierende Base) nebeneinander vorlieen. b) c( actat) x 1 ph pks ( Milchsäure) l 3,85 l 3,85 l 3, 5 c( Milchsäure) 4x 4