ph-werte von Säuren, Basen, Salzen und Pufferlösungen

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1 phwerte von Säuren, Basen, Salzen und Pufferlösunen Fachschule für Technik Sofern nicht anderweiti aneeben elten die pk SWerte aus dem Tabellenblatt. phwerte als Enderebnisse sind auf 1 oder Stellen zu runden, Gehalts und Massenanaben nach chemischer Vernunft. Die Berechnunen fußen auf folenden Formeln: pk S < 0: starke Säuren ch O c 0HA pk B <0: starke Basen coh c 0B ilt für protolysierende Basen: B H O BH OH c 0: Anfanskonzentration/Gesamtkonzentration der Säure/Base, cx: Gleichewichtskonzentration der Molekülsorte X in ösun pk S = 0 : mittelstarke Säuren KS KS c HO = KS c0 HA b pk S > : schwache Säuren c H O» K c Säure oder ph» S 0 pks l c0 Säure 1. phwert starker Säuren und Basen 1.1 Berechnen Sie den phwert folender ösunen a pk B = 0 : mittelstarke Basen KB KB c OH = KB c0 B b pk B > : schwache Basen c OH» K c Base oder poh» a 1 M HCl b 0,1 M HNO c 0,00 M H SO. Protolysestufe wird vernachlässit d 0,5 M HNO B 0 pkb l c0 Base 1. Welche Konzentration chcl hat eine Salzsäure, deren phwert mit ph = 5,6 emessen wurde? 1. Welchen phwert und welche Konzentration hat eine Chlorsäurelösun HClO wenn coh = 1, 10 1 milli/ beträt? pk S =,7 1. Welche Masse an NaOH ist in 000 m Natronlaue mit dem phwert 10,5 enthalten? 1.5 Berechnen Sie den phwert einer Kalilaue mit der Massenkonzentration βkoh = 0,50 /. 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 = 1,9 %. Berechnen Sie dem phwert der ösun, wenn die Dichte der ösun 1,015 /cm beträt. 1.8 Mit wie viel Wasser müssen 10 m einer Chlorsäurelösun pk S =,7 mit ph =, rechnerisch verdünnt werden, um ph = 5,0 zu erreichen? Annahme: Volumeneffekte können vernachlässit werden.. phwert schwacher und mittelstarker Säuren und Basen.1 Berechnen Sie den phwert folender wässerier ösunen a Essisäure, cch COOH = 0,015 / b Ameisensäure, chcooh = 0,05 / c Ammoniaklösun, cnh = 0,50 / d Trichloressisäure, cccl COOH = 0,55 /. 8,5 Propansäure pk S =,9 werden zu,0 aufefüllt. Welchen phwert hat die ösun?. Eine Ameisensäurelösun hat den phwert,. Berechnen Sie die Massenkonzentration βhcooh der ösun.. phwertberechnun von Salzen.1 Berechnen Sie folende phwerte a Natriumacetatlösun mit cnaac = 0, / d Ammoniumsulfatlösun mit cnh SO = 0, / b Calciumacetatlösun mit ccaac = 0, / e Natriumfluorid mit cnaf = 0,5 / c Ammoniumchloridösun mit cnh Cl = 0, / f Natriumethanolat cnaet = 1,0 /, Ethanolate: Salze des Ethanols, pk SEthanol = 18,0. Eine Natriumbenzoatösun hat den phwert von ph = 9,0. Welche Stoffmenenkonzentration befindet sich in der ösun? Benzoate sind Salze der Benzoesäure C 6H 5COOH. Wie hoch ist die Massenkonzentration an Kaliumtrichlorethanolat, wenn der phwert der ösun ph = 11,0 beträt? Trichlorethanolate sind Salze des Trichlorethanols. pk S Trichlorethanol = 1,. MKaliumtrichlorethanolat = 187,50 /.

2 . Welchen Masse an Kaliumpropionat müssen in 1500 m Wasser elöst werden, um ph = 8,6 zu erreichen? MCH CH COOK = 1,178 /. Propionate Propanoate sind Salze der Propansäure pk S =,9..5 Eine 0,5are ösun eines Salzes einer Base besitzt ph = 1,. Berechnen Sie den K BWert der Base.. phwert von Pufferlösunen.1 Der PBSPuffer phosphate buffer saline, zu deutsch etwa Phosphatepufferte 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: βnacl = 8,0 /, βkcl = 0, /, βna HPO = 1, / und βkh PO = 0, /. Berechnen Sie den phwert der ösun mit der Pufferleichun, wenn man den Einfluss von KCl und NaCl vernachlässit.. In einem 1000 mmesskolben werden n = 0,1 Essisäure und n = 0,1 Natriumacetat CH COONa eeben und mit H O bis zur Marke aufefüllt. a Welchen phwert hat die entstehende Pufferlösun? b Erklären Sie die Pufferwirkun anhand eeineter Reaktionsleichunen.. In jeweils 50 m Ammoniakösun der Konzentration cnh = 1,00 / werden: a 10,0 Ammoniumchlorid NH Cl ODER b 0,0 Ammoniumchlorid NH Cl elöst. Welchen phwert hat die jeweils entstehenden Pufferlösun rechnerisch, wenn man Volumeneffekte durch Salzzuabe vernachlässit?. Welcher phwert stellt sich ein, wenn in 50 m Ameisensäureösun der Konzentration chcooh = 0,5 /, eine Portion von,50 Natriumformiat HCOONa elöst wird? Hinweis: Volumeneffekte werden vernachlässit..5 Welche Konzentration an Ammoniumchlorid muss in eine Ammoniakösun cnh = 0,010 / einebracht werden, um eine Pufferlösun mit ph= 8,0 zu erhalten?.6 Welche Masse an Natriumacetat muss 500 m einer Essisäureösun der Konzentration cch COOH = 0,05 / zuesetzt werden, damit eine Pufferlösun mit ph = 5,0 erhalten wird? 5. Gemischte Aufaben und Klassenarbeitsfraen veranener Jahre 5.1 Berechnen Sie den phwert folender ösunen a Maensaft, chcl 0,1 / c Trimethylamin mit c = 00 m/, K B = 5, / 5. Geben Sie die Namen und die Summenformeln an, von b Benzolsulfonsäurelösun mit c = 150 m/ K S = 0, 1 a Salzen, deren wässerie ösunen unefähr neutral sind b 1 Salz, dessen wässerie ösun sauer ist. c Salze, deren wässerie ösunen alkalisch sind. d Beründen Sie, warum sich die Salze schwacher/starker Säuren/Basen in dieser Eienschaft unterscheiden! 5. Berechnen Sie die in den Klammern aneeben Größen. a Chlorsäure HClO mit βhclo = 100 m/, [ph und coh ] b Monochloressisäure mit ph =,8. [c 0Monochloressisäure], K S = 1, 10 / 5. öst man in einer Milchsäureösun CH CHOHCOOH, K S = 1, 10 / 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 phwert 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? 5.5 In Wasser wird Essisäure elöst, so dass die Konzentration c 0HAc = 0,0 milli/ beträt. a Berechnen Sie die enaue H O Konzentration, den enauen phwert auf Nachkommastellen und den enauen Protolyserad α beides ohne Verwendun von Näherunsformeln b Warum liefert die Näherunsformel für die phwertberechnun in diesem Fall einen stärker abweichenden Wert? c Wie verändert sich der Protolyserad α, wenn man die einetraene Konzentration c 0HAc erhöht? Beründen Sie! 5.6 Beründen Sie ausführlich, warum der phwert einer 0,05aren Schwefelsäure, einer 0,05aren Perchlorsäure und einer 0,05aren Salzsäure sehr ähnlich sind, obwohl die drei Säuren deutliche Unterschiede in den pk swerten und/oder der Anzahl der abspaltbaren Protonen besitzen.

3 Musterlösunen unter

4 ösunen ohne Gewähr Vorbemerkun: Die Berechnunen fußen auf den Daten, des auch im Unterricht benutzten, roten Tabellenbuch K.T a vollständie Protolyse => ch O = 1 / => ph = l 1 0 a vollständie Protolyse => ch O = 0,00 / => ph = l 0,00,5 Da die. Protolysestufe nun eine untereordnete Rolle spielt, kann sie näherunsweise vernachlässit werden. Der tatsächliche phwert kann um ca. 0,1 phwert.einheiten vom berechneten Erebnis abweichen. b vollständie Protolyse => ch O = 0,1 / => ph = l 0,1 1 d a vollständie Protolyse => ch O = 0,5 / => ph = l 0,5 0,0 ph = 5,6 => ch O = 10 5,6 / =, 10 6 / => chcl = ch O =, 10 6 / c HO c OH = 10 Þ c H O =» 0, , 10 c HClO» c HO» 0,077 ph = l 0,077 1,11 1. ph = 10,5 => poh = 1 10,5 =,5 coh = 10,5 / 0,00016 / Da in 1 NaOHFormeleinheit enau 1 OH enthalten ist: cnaoh = coh 0,00016 / In s enthaltene Stoffmene NaOH: n NaOH = c NaOH V s = 0,00016 = 0,0006 Umrechnun in Masse: mnaoh=0,0006 9,9971 / 0, Hier der ösunswe: Zuerst ckoh berechnen. Daraus auf coh schließen. Dann kann poh und phwert berechnet werden. Erebnis: ph 11, ph = 1,6 => poh = 1 1,6 = 1, coh = 10 1, / 0,09811 / Da in 1 CaOH Formeleinheit enau OH enthalten ist: ccaoh : = coh 0, / βcaoh = ccaoh MCaOH =0, / 7,09 / 1,75 /

5 1.7 0, 019 1,015 c NaOH = = =» 0, 00078» 0,78 9,9971 b NaOH w NaOH r s cm M NaOH M NaOH cm coh = cnaoh 0,78 /. poh l 0,78 0, => ph 1, Weil Chlorsäure eine starke Säure ist, ilt: chclo 10 ph Konzentrat: c 1HClO 10, 0,00981 / Verdünnun: c HClO 10 5,0 0,00001 / Mischunsleichun: c V 0, m 1 1 c1 V1 = c V Þ V =»» 981m c 0,00001 Das Gesamtvolumen der Verdünnun beträt also ca.,98. Da 10 m zu Beinn an Volumen schon vorlieen, müssen also noch ca.,97 Wasser zueeben werden..1 a pk S =,76 => Es kann die Formel für schwache Säuren anewendet werden,76 l 0,015 ph»»,9 b pk SAmeisensäure =,75 => pk S 0 => Es muss die Formel für mittelstarke Säuren anewendet werden c H O 1,8 10 1,8 10 = 1,8 10 0, 05» 0, 00 ph l 0,00,6 c pk BNH =,75 => pk B > => Es kann die Formel für schwache Basen anewendet werden,75 l 0,5 poh»»,5 => ph 1,5 11,7 d pk STrichloressisäure = 0,65 Es muss die Formel für mittelstarke Säuren benutzt werden., K S 0, / 0, 0, c HO = 0, 0,55» 0, 8 => ph = l 0,8 0,6. npropionsäure 8,5 cpropionsäure= = = 0, MPropionsäure Vs 7,079 pk S,9 => Es kann die Formel für schwache Säuren einesetzt werden.,9 l 0, ph»»,1

6 . ch O = 10 ph = 10, 6, / Ameisensäure ist eine mittelstarke Säure: pk S =,75 K S = 1,8 10 /. => 1,8 10 1,8 10 c HCOOH 6, = 1,8 10 1,8 10 7, = 1,8 10 c HCOOH 1, , = 1,8 10 c HCOOH 7 5, = 1,8 10 c HCOOH,8 10 = c HCOOH b HCOOH = c HCOOH M HCOOH» 0,1.1 a b pks HAc =,75 Tabellenwert Þ pk Ac = 1,756» 9,5 ; Merke: pk SSäure pk Bkorrespondierende Base = 1 bei C B Da pk B >, lässt sich die Näherunsformel für schwache Basen benutzen. poh» pk l c Base B 0 acnaac = 0, / cac = 0, / 9, 5 l 0, poh»», 97 Þ ph = 1, 97 Þ ph» 9, 0 b ccaac = 0, / cac = 0, / = 0, / 9, 5 l 0, poh»», 8 Þ ph = 1, 8 Þ ph» 9, 18 Obwohl bei der Aufabe 1b die Basenkonzentration doppelt so roß ist wie bei Aufabe 1a, ist der ph Wert nur etwas rößer 1a: 9,0, 1b: 9,18..1 c d Þ pk NH»,75 Þ pk NH = 9,5 B S Da pk S >, kann die entsprechende Näherunsformel benutzt werden. c cnh Cl = 0, / cnh = 0, / ph pk l c Säure 9, 5 l 0, ph»», 89 S 0» Þ

7 d cnh SO = 0, / cnh = 0,6 / Eine Formeleinheit des Salzes enthält NH Ionen 9, 5 l 0, 6 ph»», 7.1e pk S =,5 Þ pk F = 1,5» 10,55 B Da pk B >, lässt sich die Näherunsformel für schwache Basen benutzen. pk l c Base 10, 55 l 0, 5 B 0 poh»»» 5, ph = 1 poh» 8,58.1f pk S Ethanol = 18 pk B Ethanolat = 1 18 = Da pk B < 0, kann man von einer starken Base ausehen und die entsprechende Näherunsformel benutzen. coh cethanolat 1 / poh lcoh 0, ph = 1 poh 1. Nr.. Da pk B >, lässt sich die Näherunsformel für schwache Basen benutzen. ph = 9,0 poh = 5,0 9, 80 l c0 Base 0, 5, 0» Þ 0,» l c0 Base Þ 10» c0 Base Þ c0 Base» 0, 61 Nr.. pk S Trichlorethanol = 1, pk B Trichlorethanolat = 1 1, = 1,76 Es handelt sich um eine mittelstarke Base pk B = 0, so dass die entsprechende Formel für die Berechnun enutzt werden kann. K B = = 1, , poh = 1 11,0 =,0 coh = 10,0 = 0,001 / Zur vereinfachten Schreibweise werden die Einheiten in den Zwischenschritten der Rechnun weelassen. KB KB c OH = K B c0 B 0, , , 001 = 0, c0 B 0, , = 0, c0 B Quadrierun 6 0, , , c0 B = c0 B» 0,001058

8 ctrichlorethanolat = ckaliumtrichlorethanolat = 0, / b = c M = 0, ,50 = 0,198 Nr.. pk S Propansäure =,9 Þ pk B Propanoat = 1,9» 9,1 Da pk B >, lässt sich die Näherunsformel für schwache Basen benutzen. ph = 8,6 poh = 5, 9, 1 l c Base 0 1, 7 5,» Þ 1, 7» l c0 Base Þ 10» c0 Base Þ c0 Base = 0, cpropionat=ckaliumpropionat=0,01995 / nkprop mkprop ckprop = = Þ mkprop= ckprop M KProp V s»,7 V s M KProp V s Nr..5 vor Protolyse 0,5 HB H O B H O nach Protolyse 0,50,05 = 0, 0,05 0,05 c HO c A 0, 05 KS HB = = = 0, 015 c HB 0, 1 10 KB B =» , , b NaHPO c HPO = c NaHPO = =» 0,0101 = ckorr. Base M NaHPO 11,959 c H PO 0, b KH PO = = = = = c korr. Säure 16, 085 c KH PO 0, M KHPO pk S korr. Säure = 7,1 aus Tabellenbuch,. Protolysestufe der Phosphorsäure c HPO 0,0101 ph = pks HPO 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

9 factors, primarily on the ionic strenth of the media. For example, calculation of ph of phosphatebuffered saline would ive the value of 7.96, whereas the actual ph is c Ac ph = pks HAc l c HAc pks HAc =, 75 Tabellenwert 0,1 ph =,75 l =,75 l1 =,75 0 =,75 0,1 Bemerkun: Sind die Stoffmenenkonzentration an Säure und korrespondierendem Salz leich roß, kürzt sich der lterm heraus. Der phwert des Puffers entspricht dem pkswert des Puffers. b siehe Unterlaen.. c NH S l c NH ph = pk NH B pk NH = 1 pk NH = 1, 75 = 9, 5 S m NHCl c NHCl = M NH Cl V NH Cl 10 a c NHCl = = 0,778 5,91 0,5 0 b c NHCl = =, 5,91 0,5 1 a ph = 9,5 l» 9,8 0, b ph = 9, 5 l» 8,90,.. c HCOO ph = pks HCOOH l c HCOOH m NaOOCH,50 c NaOOCH = = = 0,059 M NaOOCH V NaOOCH 68,00 0,5 pks HCOOH =,75 0, 059 ph =, 75 l», 67 0,5.5.

10 c NH S l c NH ph = pk NH B pk NH = 1 pk NH = 1, 75 = 9, 5 S 0, 01 0, 01 1,5 8, 0 = 9, 5 l Þ = 10» 0, 056 c NH Þ c NH = 0, c NH c Ac ph = pks HAc l c HAc pks HAc =,75 0,5 c Ac c Ac c Ac c Ac 5, 0 =, 75 l Þ 0, 5 = l Þ 10 = Þ 1, 778 = Þ c Ac = 1, 778 c HAc c HAc c HAc c HAc c HAc c Ac = 1, 778 0, 05 = 0, 0889 c Ac = c NaAc = 0,0889 n NaAc = c NaAc VPuffer = 0,0889 0,5 = 0,0 m NaAc = 0, 0 8, 0», Maensaft ph = l ch O l chcl 0,85 5. Trimethylamin => pk B,0,0 l 0, poh»»,7 ph» 1, 7» 11,5 Benzolsufonsäure pk S 0,699 0, 0, c HO = 0, 0,15» 0,1 / => ph 1,00 sauer: NH Cl Ammoniumchlorid alkalisch: z.b. NaCH COO Natriumactat, KCH CHCOO Natriumpropanoat, Na PO Natriumphosphat eher neutral: z.b. NaCl Natriumchlorid, NaBr Natriumbromid, KNO : 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. a a c HClO b HClO 0,1 = =» 0,00118 M HClO 8, 588 da starke Säure => ch O 0,00118 /

11 ph,9 => poh 11,07 => coh 10 11,07 8, / b K S = 1, 10 / => pk S,85 => mittelstarke Säure ch O = 10,8 1, / KS KS c HO = KS c0 HA => æ KS ö KS ç c HO è ø K S = c HA», => 1, 10 ö 1, 10 æ ç 1, è ø 1, 10» c HA», a Eine Pufferlösun entsteht, wenn in einer wässerien ösun einer schwachen oder mittelstarken Säure und die korrespondierende Base dazu in ähnlichen Konzentrationen vorlieen. CH CHOHCOOH OH CH CHOHCOO Durch Zuabe von etwas NaOH, wird ein Teil der Milchsäureeküle in actationen umewandelt, so dass beide benötiten Bestandteile für eine Pufferlösun Säure korrespondierende Base nebeneinander vorlieen. b c actat x 1 ph = pks Milchsäure l,85 l,85 l, 5 c Milchsäure» x»» , ,75 10 KS KS c H O = KS c HA = 1, = 11, , c HO ph = l c HO = l 11,91 10»,9. a = =» 0,596 c0 HAc 0,0 10 b Bei sehr erinen Säurekonzentrationen liefert die c Der Protolyserad nimmt ab. Dies eribt sich aus Näherunsformel für schwache Säuren schlechtere dem Ostwaldschen Verdünnunsesetz: Werte, weil sie davon auseht, dass schwache K Säuren kaum protolysieren, so dass cha c 0HA a» S c ilt. Nach dem Ostwaldschen Verdünnunsesetz nimmt jedoch der Protolyserad mit dünner werdender Säure zu. 5.6 b nivellierender Effekt des Wassers: Die stärkste existierende Säure in Wasser ist H O pk S = 1,7. Alle Säuren die stärker sind, d.h. einen kleinen pk SWert besitzen, protolysieren vollständi in H O. Wie stark die Säure dabei enau ist, spielt keine Rolle, weil sie in jedem Fall vollständi protolysiert. Bei leicher Säurekonzentration c 0HA entsteht in jedem Fall dieselbe H O Konzentration bzw. derselbe phwert. Zwar kann Schwefelsäure Protonen abeben, aber HSO pk S = 1,9 ist eine viel schwächere Säure als H SO pk S = und protolysiert aus diesem Grund schon in erinerem Ausmaß. Hinzu kommt, dass die 1. Protolysestufe zu einer hohen H O Konzentration führt, die das Gleichewicht der. Protolysestufe noch weiter nach links verschiebt. Die. Protolysestufe findet also kaum statt.

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