ph-werte von Säuren, Basen, Salzen und Pufferlösungen

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1 phwerte von äuren, asen, alzen und Pufferlösunen Es werden die Werte aus dem roten Tabellenbuch K.T. zurunde elet. phwerte als Enderebnisse sind auf 1 oder tellen zu runden, Gehalts und Massenanaben nach chemischer Vernunft. Die erechnunen fußen auf folenden Formeln: pk < 0: starke äuren ch O c 0HA pk <0: starke asen coh c 0 ilt für protolysierende asen: H O H OH c 0: Anfanskonzentration/Gesamtkonzentration der äure/ase, cx: Gleichewichtskonzentration der Molekülsorte X in ösun pk = 0 : mittelstarke äuren a pk = 0 : mittelstarke asen K K c HO = K c0 HA b pk > : schwache äuren c H O» K c äure oder 0 pk l c0 äure ph» 1. phwert starker äuren und asen 1.1 erechnen ie den phwert folender ösunen K K c OH = K c0 b pk > : schwache asen c OH» K c ase oder 0 pk l c0 ase poh» a 1 M HCl b 0,1 M HNO c 0,00 M H O. Protolysestufe wird vernachlässit d 0,5 M HNO 1. Welche Konzentration chcl hat eine alzsäure, deren phwert mit ph = 5,6 emessen wurde? 1. Welchen phwert hat eine Chlorsäurelösun HClO, pk =,7, wenn coh = 1, 10 1 milli/ beträt? 1. Welche Masse an NaOH ist in 000 m Natronlaue mit dem phwert 10,5 enthalten? 1.5 erechnen ie den phwert einer Kalilaue mit der Massenkonzentration βkoh = 0,50 /. 1.6 Eine esättite Calciumhydroxidlösun Annahme: alz dissoziiert beim ösen vollständi in Ionen besitzt ph = 1,6. erechnen ie die Massenkonzentration einer solchen esättiten ösun in /. 1.7 Eine Natronlaue besitzt den Massenanteil w %NaOH = 1,9 %. erechnen ie 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 =,7 mit ph =, rechnerisch verdünnt werden, um ph = 5,0 zu erreichen? Annahme: Volumeneffekte können vernachlässit werden.. phwert schwacher und mittelstarker äuren und asen.1 erechnen ie 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 Propionsäure, CH CH COOH werden zu,0 aufefüllt. Welchen phwert hat die ösun?. Eine Ameisensäurelösun hat den phwert,. erechnen ie die Massenkonzentration βhcooh der ösun.. phwerterechnun von alzen.1 erechnen ie folende phwerte a Natriumacetatlösun mit cnaac = 0, / Acetate: alze der Essisäure d Ammoniumsulfatlösun mit cnh O = 0, / b Calciumacetatlösun mit ccaac = 0, / e Natriumfluorid mit cnaf = 0,5 / Fluoride: alze der Flusssäure HF c Ammoniumchloridösun mit cnh Cl = 0, / Ammoniumsalze: alze der ase Ammoniak NH f Natriumethanolat cnaet = 1,0 /, Ethanolate: alze des Ethanols, pk Ethanol = 18,0

2 . Eine Natriumbenzoatösun hat den phwert von ph = 9,0. Welche toffmenenkonzentration befindet sich in der ösun? enzoate sind alze der enzoesäure.. Wie hoch ist die Massenkonzentration βkaliumtrichlorethanolat, wenn der phwert der ösun 11,0 beträt? Trichlorethanolate sind alze des Trichlorethanols. pk Trichlorethanol = 1,. MKaliumtrichlorethanolat = 187,5 /.. 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 alze der Propionsäure Propansäure..5 Eine 0,5are ösun eines alzes einer ase hat den phwert ph =,8. erechnen ie den K Wert der schwachen ase.. phwert von Pufferlösunen.1 Der PPuffer phosphate buffer saline, zu deutsch etwa Phosphatepufferte alzlösun ist ein wichtier Puffer in der Molekularbioloie und iochemie, weil er im neutralen ereich puffert und isotonisch zu den Gewebsflüssikeiten des menschlichen Oranismus ist. Er enthält: βnacl = 8,0 /, βkcl = 0, /, βna HPO = 1, / und βkh PO = 0, /. erechnen ie 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 ie 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 alzzuabe 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 erechnen ie den phwert folender ösunen a Maensaft, chcl 0,1 / c Trimethylamin dies ist eine ase mit c = 00 m/, K = 5, / 5. Geben ie die Namen und die ummenformeln an, von b enzolsulfonsäurelösun mit c = 150 m/ K = 0, 1 a alzen, deren wässerie ösunen unefähr neutral sind b 1 alz, dessen wässerie ösun sauer ist. c alze, deren wässerie ösunen alkalisch sind. d eründen ie, warum sich die alze schwacher/starker äuren/asen in dieser Eienschaft unterscheiden! 5. erechnen ie die in den Klammern aneeben Größen. a Chlorsäure HClO mit βhclo = 100 m/, [ph und coh ], Hinweis: HClO als starke äure behandeln! b Monochloressisäure mit ph =,8. [c 0Monochloressisäure], Hinweis: K = 1, 10 / 5. öst man in einer Milchsäureösun CH CHOHCOOH, K = 1, 10 / eine erine Mene NaOH auf, so entsteht eine Pufferlösun. a Geben ie allemein die estandteile einer Pufferlösun an und beründen ie 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 äure der Pufferlösun vier mal rößer ist als die Konzentration der korrespondierenden ase? Musterlösunen unter

3 ösunen ohne Gewähr Vorbemerkun: Die erechnunen 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, 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 toffmene 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 /

4 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 äure 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 einn an Volumen schon vorlieen, müssen also noch ca.,97 Wasser zueeben werden..1 a => pk =,75 => Es kann die Formel für schwache äuren anewendet werden,75 l 0,015 ph»»,9 b pk Ameisensäure = l K HAc =,75 => pk 0 => Es muss die Formel für mittelstarke äuren 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 NH =,75 => pk > => Es kann die Formel für schwache asen anewendet werden,75 l 0,5 poh»»,5 => ph 1,5 11,7 d pk Trichloressisäure = 0,7 Es muss die Formel für mittelstarke äuren benutzt werden., K = 0, / 0, 0, c HO = 0, 0,55» 0, 61 => ph = l 0,6 0,61. npropionsäure 8,5 cpropionsäure= = = 0, MPropionsäure Vs 7,079 pk,9 => Es kann die Formel für schwache äuren einesetzt werden.,9 l 0, ph»»,1

5 . ch O = 10 ph = 10, 6, / Ameisensäure ist eine mittelstarke äure: pk =,75 K = 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 pk HAc =,75 Tabellenwert Þ pk Ac = 1,756» 9,5 ; Merke: pk äure pk korrespondierende ase = 1 bei C Da pk >, lässt sich die Näherunsformel für schwache asen benutzen. poh» pk l c ase 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 asenkonzentration 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 Da pk >, kann die entsprechende Näherunsformel benutzt werden. c cnh Cl = 0, / cnh = 0, / ph pk l c äure 9, 5 l 0, ph»», 89 0» Þ d cnh O = 0, / cnh = 0,6 / Eine Formeleinheit des alzes enthält NH Ionen

6 9, 5 l 0, 6 ph»», 7.1e pk =,5 Þ pk F = 1,5» 10,55 Da pk >, lässt sich die Näherunsformel für schwache asen benutzen. pk l c ase 10, 55 l 0, 5 0 poh»»» 5, ph = 1 poh» 8,58.1f pk Ethanol = 18 pk Ethanolat = 1 18 = Da pk < 0, kann man von einer starken ase ausehen und die entsprechende Näherunsformel benutzen. coh cethanolat 1 / Nr.. poh lcoh 0, ph = 1 poh 1. pk enzoesäure =, Tabellenwert Þ pk enzoat = 1,» 9,8 ; Merke: pk äure pk korrespondierende ase = 1 Da pk >, lässt sich die Näherunsformel für schwache asen benutzen. ph = 9,0 poh = 5,0 9, 8 l c ase 0 0, 5, 0» Þ 0,» l c0 ase Þ 10» c0 ase Þ c0 ase» 0, 61 Nr.. pk Trichlorethanol = 1, pk Trichlorethanolat = 1 1, = 1,76 Es handelt sich um eine mittelstarke ase pk = 0, so dass die entsprechende Formel für die erechnun enutzt werden kann. K = = 1, , poh = 1 11,0 =,0 coh = 10,0 = 0,001 / Zur vereinfachten chreibweise werden die Einheiten in den Zwischenschritten der Rechnun weelassen. K K c OH = K c0 0, , , 001 = 0, c0

7 0, , = 0, c0 Quadrierun 6 0, = c0 c 0» 0, , , ctrichlorethanolat = ckaliumtrichlorethanolat = 0, / b = c M = 0, ,50 = 0,198 Nr.. pk Propansäure =,9 Þ pk Propanoat = 1,9» 9,1 Da pk >, lässt sich die Näherunsformel für schwache asen benutzen. ph = 8,6 poh = 5, 9, 1 l c ase 0 1, 7 5,» Þ 1, 7» l c0 ase Þ 10» c0 ase Þ c0 ase = 0, cpropionat=ckaliumpropionat=0,01995 / nkprop mkprop ckprop = = Þ mkprop= ckprop M KProp V s»,7 V s M KProp V s Nr..5 pk l 0, 5, 8» Þ pk = 8, 998 pk K = 1 pk» 1 8,998» 5,00 = 10» 9, , , b NaHPO c HPO = c NaHPO = =» 0,0101 = ckorr. ase M NaHPO 11,959 c H PO 0, b KH PO = = = = = c korr. äure 16, 085 c KH PO 0, M KHPO pk korr. äure = 7,1 aus Tabellenbuch,. Protolysestufe der Phosphorsäure c HPO 0,0101 ph = pk HPO l = 7, 1 l» 7,97 c H PO 0, Die enlische Wikipedia tand: schreibt unter dem tichwort buffer solutions dazu: The calculated ph may be different from measured ph. Glass electrodes found in common ph meters

8 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 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 emerkun: ind die toffmenenkonzentration an äure und korrespondierendem alz leich roß, kürzt sich der lterm heraus. Der phwert des Puffers entspricht dem pkswert des Puffers. b siehe Unterlaen.. c NH l c NH ph = pk NH pk NH = 1 pk NH = 1, 75 = 9, 5 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.

9 c NH l c NH ph = pk NH pk NH = 1 pk NH = 1, 75 = 9, 5 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,0,0 l 0, poh»»,7 ph» 1, 7» 11,5 enzolsufonsäure pk 0,699 0, 0, c HO = 0, 0,15» 0,1 / => ph 1,00 sauer: NH Cl Ammoniumchlorid alkalisch: z.. NaCH COO Natriumactat, KCH CHCOO Natriumpropanoat, Na PO Natriumphosphat eher neutral: z.. NaCl Natriumchlorid, Nar Natriumbromid, KNO : Kaliumnitrat starke äuren, wie z.. HCl, haben eine roße Tendenz Protonen abzueben. Umekehrt haben die entstehenden äurerestionen starker äuren hier z.. Cl nur eine sehr erine Tendenz von H O ein Proton abzuspalten um wieder in die äure überzuehen. Die alze starker äuren reaieren neutral. chwache äuren z.. HAc haben hineen nur eine erine Tendenz Protonen H abzuspalten. öst man die alze schwacher äuren in Wasser hier z.. NaAc, so hat das äurerestion 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 äure => ch O 0,00118 /

10 ph,9 => poh 11,07 => coh 10 11,07 8, / b K = 1, 10 / => pk,85 => mittelstarke äure ch O = 10,8 1, / K K c HO = K c0 HA => æ K ö K ç c HO è ø K = 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 äure und die korrespondierende ase 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 estandteile für eine Pufferlösun äure korrespondierende ase nebeneinander vorlieen. b c actat x 1 ph = pk Milchsäure l,85 l,85 l, 5 c Milchsäure» x»»