3.2. Aufgaben zu Säure-Base-Gleichgewichten

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1 .. Aufgaben zu Säure-Base-Gleichgewichten Aufgabe : Herstellung saurer und basischer Lösungen Gib die Reaktionsgleichungen für die Herstellung der folgenden Lösungen durch Reaktion der entsprechenden Oxide mit Wasser an: Benenne alle Edukte und Produkte und bestimme ihre Bindungsarten. a) Kohlensäure H CO (aq) e) Natronlauge NaOH (aq) b) Ameisensäure H CO (aq) f) Kalilauge KOH (aq) c) Schwefelsäure H SO (aq) g) Kalkwasser Ca(OH) (aq) d) schweflige Säure H SO (aq) h) Barytwasser Ba(OH) (aq) Aufgabe : Neutralisation Formuliere die Reaktionsgleichungen in Ionenschreibweise und benenne die dabei gebildeten Salze. a) Salzsäure HCl (aq) reagiert mit Kalilauge KOH (aq) b) Salpetersäure HNO (aq) reagiert mit Salmiakgeist NH (aq) c) Kohlensäure H CO (aq) reagiert mit Kalklauge Ca(OH) (aq) d) Ethansäure CH COOH (aq) reagiert mit Kalklauge Ca(OH) (aq) e) Schwefelsäure H SO (aq) reagiert mit Natronlauge NaOH (aq) f) Schwefelsäure H SO (aq) reagiert mit Salmiakgeist NH (aq) g) Phosphorsäure H PO (aq) reagiert mit Kalklauge Ca(OH) (aq) Aufgabe : Titration a) 50 einer salzsauren Lösung wurden mit m NaOH titriert. Wie hoch ist die Konzentration dieser Lösung, wenn der Verbrauch an NaOH beträgt? b) 00 einer schwefelsauren Lösung wurden mit m NaOH titriert. Wie hoch ist die Konzentration dieser Lösung, wenn der Verbrauch an NaOH 5 beträgt? c) 00 einer Lauge wurden mit m HCl titriert. Wie hoch ist die Konzentration dieser Lösung, wenn der Verbrauch an HCl beträgt? Aufgabe : Ionenprodukt des Wassers und ph-wert Ergänze die fehlenden Werte: ph 5,5 [H O + ] 0 0,0 [OH ] 0 0,0005 poh 6,5 Aufgabe 5: K- und pk-werte Ergänze die fehlenden Werte: K S 0 6 0,89 7, 0 pk S.9,7 Aufgabe 6: pk-werte Vervollständige die Reaktionsgleichung und gib die entsprechenden Konstanten und pk-werte mit Hilfe der Tabelle an Säure + Base Base + Säure Konstante K pk-wert HNO + H O + H O H O HCO H O H PO + NO + + HCO + + H O + + H PO + + H O + H O + NH + NH + H O +

2 Aufgabe 7: ph-werte bei starken Säuren und Basen Berechne die ph-werte der folgenden wässrigen Lösungen: a) 0, m HCl b) 0, m NaOH c) 0,05 m HCl d) 0,05 m NaOH e) 0, m H SO f) 0,05 m H SO Aufgabe 8: ph-werte bei schwachen Säuren und Basen Berechne die ph-werte der folgenden wässrigen Lösungen: a) 0, m HF b) 0, m NaF c) 0,05 m CH COOH d) 0,05 m CH COONa e) 0,0 m H CO f) 0,0 m Na CO g) 0, m H PO h) 0,05 m Na PO Aufgabe 9: Neutralisationskurven Zeichne die Neutralisationkurven der folgenden Aminosäuren mit allen Äquivalenz- und Pufferpunkten: Name pk S pk S pk S Alanin, 9,69 - Asparaginsäure,88,65 9,60 Methionin,8 9, - Glutaminsäure,9,5 9,67 Aufgabe 0: Herstellung von Puffern a) Wieviel mol Ethansäure CH COOH und wieviel mol Natriumacetat CH COONa müssen in Liter Wasser gegeben werden, wenn ein Acetat-Puffer mit ph 5 und einer Gesamtkonzentration von 0, mol/l hergestellt werden soll? Wie ändert sich der ph-wert des Puffers, wenn 5 einer molaren Schwefelsäure hinzugefügt werden? b) Wieviel mol Kohlensäure H CO und wieviel mol Hydrogencarbonat HCO müssem in 00 Liter Wasser gegeben werden, wenn ein Hydrogencarbonat-Puffer mit ph 7 und einer Gesamtkonzentration von 0, mol/l hergestellt werden soll? Wie ändert sich der ph-wert des Puffers, wenn einer molaren Natronlauge hinzugefügt werden? c) Wieviel mol Dihydrogenphosphat H PO und wieviel mol Hydrogenphosphat HPO müssem in 00 Liter Wasser gegeben werden, wenn ein Hydrogenphosphat-Puffer mit ph 7 und einer Gesamtkonzentration von 0, mol/l hergestellt werden soll? Wieviel g NaH PO und wieviel g Na HPO müssen dazu abgewogen werden? Wie ändert sich der ph-wert des Puffers, wenn 0 einer 0, molaren Salzsäure hinzugefügt werden? d) Wieviel mol Hydrogencarbonat HCO und wieviel mol Carbonat CO müssem in 500 Liter Wasser gegeben werden, wenn ein Carbonat-Puffer mit ph 0 und einer Gesamtkonzentration von 0, mol/l hergestellt werden soll? Wieviel g NaHCO und wieviel g Na CO müssen dazu abgewogen werden? Wie ändert sich der ph-wert des Puffers, wenn 5 einer molaren Salzsäure hinzugefügt werden?

3 Aufgabe : Herstellung saurer und basischer Lösungen Siehe.0.. Oxide als Säuren und Basen Aufgabe : Neutralisation a) K + + OH + H O + + Cl KCl (aq) (Kaliumchlorid/Steinsalz) + H O b) NH + + OH + H O + + NO NH NO (aq) (Ammoniumnitrat) + H O c) Ca + + OH + H O + + CO CaCO (aq) (Calciumcarbonat/Kalk) + H O d) Ca + + OH + H O + + CH COO Ca(CH COO) (aq) (Calciumacetat) + H O e) Na + + OH + H O + + SO Na SO (aq) (Natriumsulfat/Glaubersalz) + H O f) NH + + OH + H O + + SO (NH ) SO (aq) (Ammoniumsulfat) + H O g) Ca OH + 6 H O + + PO Ca (PO ) (aq) (Calciumphosphat/Apatit) + 6 H O.. Lösungen zu den Aufgaben zu Säure-Base-Gleichgewichten Aufgabe : Titration mmol a) mmol OH + mmol H O + in 50 Lösung [H O + ] mmol b) 5 5 mmol OH 5 mmol H O + in 00 Lösung [H O + ] [H SO ] [H O + ] 7,5 mmol/l mmol c) mmol H O mmol OH in 00 Lösung [OH ] Aufgabe : Ionenprodukt des Wassers und pk-werte [H O + ] [OH ] Aufgabe 5: K- und pk-werte mmol 50 5 mmol 00 mmol 00 0,08 mol/l 0,075 mol/l 0, mol/l. K S ,89, 0 7, 0 0 pk S 6,,9,,7 Aufgabe 6: pk-werte Säure + Base HNO + H O H O + NO H O + HCO HCO + H O H O + H PO H PO + H O H O + NH NH + H O Base + Säure Konstante K pk-wert NO + H O + K S 0,89 pk S, OH + HNO K B, pk B 5, OH + H CO K B, 0 8 pk B 7,8 CO + H O + K S,98 0 pk S 0,0 OH + H PO K B 9, 0 pk B,0 HPO + H O + K S 7, pk S 7, OH + + NH K B 5,6 0 0 pk B,75 NH + H O + K S 0 pk S Aufgabe 7: ph-werte starker Säuren und Basen a) 0, m HCl: ph b) 0, m NaOH: ph poh c) 0,05 m HCl: ph log 0,05, d) 0,05 m NaOH: ph poh (log 0,05),,7 e) 0, m H SO (beide Protolysen laufen nahezu vollständig ab): ph log 0, 0,7 f) 0,05 m H SO (beide Protolysen laufen nahezu vollständig ab): ph log 0,

4 Aufgabe 8: ph-werte schwacher Säuren und Basen a) 0, m HF: ph (, + ).07 b) 0, m NaF: poh (0,86 + ) 5,9 ph 5,9 8,07 c) 0,05 m CH COOH: ph (,75 +,),0 d) 0,05 m CH COONa: poh (9,5 +,) 5,7 ph 5,7 8,7 e) 0,0 m H CO : ph (6,5 + ),6 f) 0,0 m Na CO : poh (,60 + ),80 ph,80,0 g) 0, m H PO : ph (,96 + ),96 h) 0,05 m Na PO : poh (,68 +,),9 ph,9,5 Aufgabe 9: Neutralisationskurven Vgl. Skript Aufgabe 0: Herstellung von Puffern a) Ansatz für Acetat-Puffer mit pk S,75 und ph 5: 5,75 + log [ CHCOOH CH 0 0,5 ] [ CHCOOH. [CH COO ] 0 0,5 [CH COOH]. ] Die Gesamtkonzentration von CH COO und CH OOH soll 0, mol/l sein: [CH COO ] + [CH COOH] 0, mol/l Puffergleichung einsetzen 0 0,5 [CH COOH] + [CH COOH] 0, mol/l ausklammern (0 0,5 + ) [CH COOH] 0, mol/l : (0 0,5 + ) 0, [CH COOH] 0,5 0 + mol/l 0,06 mol/l 6 mmol/l [CH COO ] 0, mol/l [CH COOH] 0,06 mol/l 6 mmol/l 6 mmol/l Probe: ph,75 + log 6 mmol/l 5,0 mmol Durch Zugabe von 5 0 mmol H O + werden 0 mmol CH COO in 0 mmol CH COOH umgesetzt: 0 mmol H O mmol CH COO 0 mmol H O + 0 mmol CH COOH Die Konzentration von CH COO sinkt also um 0 mmol/l auf [CH COO ] 6 mmol/l 0 mmol/l 5 mmol/l Die Konzentration von CH COOH erhöht sich entsprechend um 0 mmol/l auf [CH COOH] 6 mmol/l + 0 mmol/l 6 mmol/l 5 mmol/l neuer ph,75 + log 6 mmol/l,8

5 b) Ansatz für Hydrogencarbonat-Puffer [ mit pk S 6,5 und ph 7: HCO ] [ ] 7 6,5 + log 0 [ H CO ] 0,8 HCO. [HCO [ H CO ] ] 0 0,8 [H CO ]. 0, [H CO ] mol/l 5 mmol/l bzw.,5 mmol für 0, L 0,8 0 + [HCO ] 00 mmol/l 5 mmol/l 75 mmol/l bzw. 7,5 mmol für 0, L 75 mmol/l Probe: ph 6,5 + log 7,0 5 mmol/l mmol Durch Zugabe von mmol OH werden mmol H CO in mmol HCO umgesetzt: mmol H CO + mmol OH mmol HCO + mmol H O Die Konzentration von HCO mmol erhöht sich also um 0 mmol/l auf 0,L [HCO ] 75 mmol/l + 0 mmol/l 95 mmol/l Die Konzentration von HCO mmol sinkt entsprechend um 0 mmol/l auf 0,L [H CO ] 5 mmol/l 0 mmol/l 5 mmol/l neuer ph 95 mmol/l 6,5 + log 7,80 5 mmol/l c) Ansatz für Hydrogenphosphat-Puffer mit pk S 7, und ph 7: HPO 7 7, + log HPO HPO 0 0, HPO +. [HPO ] 0 0, [H PO ]. [H PO 0, ] mol/l 6 mmol/l bzw. 6, mmol 0,7 g NaH 0, PO für 0, L 0 [HPO ] 00 mmol/l 6 mmol/l 8 mmol/l bzw.,8 mmol 0,50 g Na HPO für 0, L Probe: 8 mmol/l ph 7, + log 7,0 6 mmol/l 0, mmol Zugabe von 0 mmol H O + in 0, L Pufferlösung bzw. 0 mmol in L Pufferlösung [HPO ] 8 mmol/l 0 mmol/l 8 mmol/l [H PO ] 6 mmol/l + 0 mmol/l 7 mmol/l 8 mmol/l neuer ph 7, + log 6,80 7 mmol/l d) Ansatz für Carbonat-Puffer mit pk S 0,0 und ph 0: 0 0,0 + log HCO 0 0, HCO [CO ] 0 0, [HCO ]. [HCO 0, ] mol/l 7 mmol/l bzw. 6 mmol,0 g NaHCO 0, für 0,5 L 0 + [CO ] 00 mmol/l 7 mmol/l 8 mmol/l bzw. mmol,8 g Na CO für 0,5 L 8 mmol/l Probe: ph 0,0 + log 0,0 7 mmol/l mmol Zugabe von 5 5 mmol H O + in 0,5 L Pufferlösung bzw. 0 mmol in L Pufferlösung [CO ] 8 mmol/l 0 mmol/l 8 mmol/l [HCO ] 7 mmol/l + 0 mmol/l 8 mmol/l 8 mmol/l neuer ph 0,0 + log 9,7 8 mmol/l 5

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