Säure Base Reaktionen

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1 Säure Base Reaktionen 1. In einem Praktikum wird eine Lösung von 1,48 g Calciumhydroxid in 200 ml Salzsäure c=0,50 M zubereitet. Berechne den ph-wert dieser Lösung. 2. a. Berechne unter Angabe der Protolysegleichung die Ausgangskonzentration einer Salzsäure c oa, die einen ph-wert von 2,5 aufweist. b. Berechne ausgehend von der Protolysegleichung die Ausgangskonzentration einer wässrigen Lösung von Ethansäure c ob, die denselben ph-wert von 2,5 aufweist. c. Ist der ph-wert ein geeignetes Maß für die Stärke einer Säure bzw. Base? Begründe deine Antwort anhand der Ergebnisse aus 2.a. und 2.b.! 3. Gegeben sind 5 L einer organischen Säurelösung, c (RCOOH) =0,10 mol L -1. a. 100 ml dieser Säurelösung werden abpipettiert und mit entsalztem Wasser zu 1 L Lösung aufgefüllt. Berechne den ph-wert der verdünnten Lösung, wenn der pks-wert der organischen Säure 5,5 beträgt. b. Zu 2 L der 0,10 molaren Säurelösung werden 2 L einer 0,10 molaren Natronlauge gegeben. Ist dieses Gemisch sauer, neutral oder basisch? Begründe deine Antwort. Berechne anschließend den ph-wert des Gemischs. 4. Der Dissoziationsgrad a einer 0,10 molaren Basenlösung beträgt 1,38 % bei 25 C. Berechne den ph- Wert der Basenlösung sowie den pk B -Wert der Base. 5. Welche Masse HNO 3 ist in 500 ml einer Salpetersäure mit der Stoffmengenkonzentration c o =0,1 M enthalten? Berechne den ph-wert dieser Salpetersäure. 6. In 1 Liter einer Ammoniaklösung sind 3,4 g NH 3 gelöst. Gib das Protolysegleichgewicht an und berechne den ph-wert dieser Lösung. 7. Natriumdihydrogenphosphat wird in Wasser gelöst. Welchen Charakter hat diese Lösung? Formuliere das Auflösen des Salzes sowie das Protolysegleichgewicht. 8. a. Aus 200 ml Schwefelsäure der Stoffmengenkonzentration c Säure =0,75 mol L -1 soll durch Verdünnen Schwefelsäurelösung der Stoffmengenkonzentration c Säure =0,3 mol L -1 hergestellt werden. Welches Volumen Wasser ist zuzusetzen? b. Rechne den ph-wert der verdünnten Schwefelsäure bei vollständiger Protolyse der ersten Stufe. 9. Welchen Charakter haben die wässrigen Lösungen folgender Salze? a. Ammoniumchlorid b. Natriumsulfid Formuliere das Auflösen der Salze und die entsprechenden Protolysegleichungen. 10. Gegeben sei eine Essigsäurelösung mit der Ausgangskonzentration c o =0,05 mol L -1. Rechne den ph-wert dieser Lösung indem du vom Protolysegleichgewicht ausgehst. (Formel aufstellen und Näherungen angeben und begründen). 11. In 200 ml einer wässrigen Lösung sind 3 g Lithiumchlorid und 3 g Aluminiumchlorid gelöst. Berechne die Stoffmengenkonzentration der Chlorid-Ionen. 12. In 250 ml einer Bariumhydroxidlösung sind 0,171 g gelöstes Bariumhydroxid Ba(OH) 2 enthalten. Berechne den ph-wert dieser Lösung. 13. Formuliere die allgemeine Gleichung der Reaktion einer Base B mit Wasser und berechne die Basenkonstante K B. Wie ändert die Basenkonstante mit zunehmender Basenstärke? Schaeffer Marcel

2 14. Man löst folgende Salze in Wasser: I. Aluminiumchlorid II. Kaliumdihydrogenphosphat Welchen Charakter zeigt jede Lösung? Formuliere und erkläre die entsprechenden Protolysegleichungen. 15. Berechne den ph-wert einer Natriumnitritlösung mit c o =0,1 mol L Bei der Titration von 20 ml einer Salzsäure wurden 12 ml Natronlauge [c o =0,1 mol L -1 ] verbraucht. a. Berechne die Stoffmengen- und die Massenkonzentration dieser Salzsäure. b. Skizziere die Titrationskurve, in der du das Volumen der Natronlauge sowie den ph-wert am Äquivalenzpunkt einträgst. 17. Welche Masse Calciumhydroxid ist in 250 ml Kalkwasser (ph = 11,5) aufgelöst? 18. Was versteht man unter Umschlagbereich eines Indikators? Welches Gleichgewicht stellt sich für den Indikator Bromthymolblau (symbolisiert durch HIn) in wässriger Lösung ein? 19. Formuliere die Gleichung für die Reaktion von Essigsäure mit Natronlauge. Erkläre, warum am Äquivalenzpunkt eine alkalische Salzlösung vorliegt (Protolysegleichgewicht angeben). Erkläre, ob auch hier Bromthymolblau ein geeigneter Indikator für die Bestimmung des Äquivalenzpunktes wäre. 20. Eine 0,2 molare Säure HA zeigt einen ph-wert von 3,9. Berechnen Sie die Säurekonstante K S sowie den Protolysegrad a. 21. Gegeben sind folgende Säuren: H 2 PO 4 - und HCN a. Welche von beiden Säuren ist die stärkere? b. Begründen Sie Ihre Antwort mit Hilfe der Protolysegleichgewichtsreaktionen im Wasser. 22. Berechnen Sie den ph-wert von: a. einer 0,4 molaren Salzsäure b. einer 0,002 molaren Magnesiumhydroxidlösung 23. Man löst von folgenden Salzen je eine Portion in Wasser und bestimmt mit Indikatorpapier den Charakter der Lösung I. Natriumsulfid pk B (S 2- )=1,00 II. Dinatriumhydrogenphosphat a. Welchen Charakter zeigt jede Lösung? b. Formulieren Sie die entsprechenden Protolysegleichungen. 24. a. Leiten Sie die Henderson-Hasselbalch-Gleichung durch Umformen des Ausdrucks für die Säurekonstante K S ab. b. Diese Gleichung ermöglicht die Bestimmung des pk S -Wertes durch Messung des ph-wertes. Unter welchen Bedingungen ist dies möglich? Begründen Sie ihre Antwort. 25. Eine Perchlorsäurelösung hat einen ph-wert von 3,37. Wieviel mg Perchlorsäure HClO 4 sind in 3,55 Liter Lösung enthalten? 26. Eine wässerige Ammoniaklösung mit der Konzentration c=0,01 M hat einen ph-wert von 10,6. A. Formuliere die Protolysereaktion von Ammoniak in Wasser. B. Formuliere den Ausdruck für die Basenkonstante K B und berechne seinen Zahlenwert. C. Berechne den Protolysegrad a von Ammoniak. Schaeffer Marcel

3 27. Reagiert die wässerige Lösung des Salzes Aluminiumchlorid sauer oder alkalisch? Formuliere und erkläre die entsprechende Protolysegleichung. Berechne den ph-wert einer Aluminiumchloridlösung der Konzentration c o =0,1 mol/l. 28. Eine Probe von 15 ml einer Methansäurelösung wird mit Natronlauge der Konzentration c=0,1 M titriert. A. Schreibe die Gleichung für die Protolyse von Methansäure mit Wasser. Wie ändert sich das Protolysegleichgewicht während der Titration? B. Erkläre, weshalb bei dieser Titration Phenolphtalein (Umschlagbereich: 8,4-10,5) als Indikator geeignet ist. C. Berechne die Ausgangskonzentration der Methansäure, wenn bei der Titration 28 ml Natronlauge verbraucht werden ml einer Ammoniaklösung enthalten 2,55 g Ammoniak (M=17 g mol -1 ) gelöst. Formulieren Sie die Protolysegleichung und berechnen Sie den ph-wert der Lösung. 30. Folgende Salze werden in Wasser gelöst: i. Natriumhydrogenphosphat ii. Aluminiumhexaaquachlorid iii. Natriumsulfid Formulieren Sie das Auflösen der Salze sowie die Protolysegleichungen. Bestimmen und begründen Sie den Charakter einer jeden Lösung. 31 Titrationen a. 100 ml einer Salzsäure werden mit Natronlauge c o =0,1 mol L -1 titriert. Die Bestimmung des Äquivalenzpunktes erfolgt durch eine konduktimetrische Titration. Aus dem Verlauf der Titrationskurve ergibt sich der Äquivalenzpunkt bei einem Verbrauch von 60 ml Natronlauge. Skizzieren Sie in einem geeigneten Koordinatensystem die Titrationskurve mit entsprechenden Angaben. b. Erklären Sie den Verlauf der konduktimetrischen Titrationskurve auf Grund der Veränderungen in dem Reaktionsgemisch. c. Berechnen Sie die Stoffmengenkonzentration der Salzsäure. 32. In 5 L Natronlauge (c=0,025 mol L -1 ) werden 2 g Calciumhydroxid gelöst. Berechne die Stoffmengenkonzentration der Hydroxidionen dieser neuen Lösung und deren ph-wert. 33. Der ph-wert einer Salpetrigen Säure (schwache Säure) beträgt 2 (c o =0,25 mol L -1 ). a. Formuliere das Protolysegleichgewicht mit Wasser. b. Schreibe den Ausdruck für die Säurekonstante K S. Berechne K S sowie den Protolysegrad. (Es sollen die für schwache Säuren üblichen Näherungen angenommen werden.) 34. Welchen Charakter hat eine wässerige Lösung von Natriumdihydrogenphosphat? Formuliere das Auflösen des Salzes und das Protolysegleichgewicht ml KOH werden mit Salzsäure (c=0,5 mol L -1 ) titriert. Daraus ergibt sich für die Kalilauge eine Stoffmengenkonzentration von 0,8 mol L -1. a. Formuliere die Ionengleichung dieser Neutralisation. b. Wieviel ml Salzsäure werden bis zum Äquivalenzpunkt verbraucht? c. Welche Salzlösung liegt am Äquivalenzpunkt vor? d. Welchen Charakter hat diese Salzlösung? Begründe deine Antwort ml einer Aluminiumchlorid-Lösung enthalten 534 mg Aluminiumchlorid. a. Formulieren Sie die Auflösung des Salzes und berechnen Sie die Stoffmengenkonzentrationen an Aluminium-Ionen und Chlorid-Ionen. b. Berechnen Sie den ph-wert der Lösung. Geben Sie auch die Protolysegleichung an! Schaeffer Marcel

4 37. Folgende Salze werden in Wasser aufgelöst: A. HCOONa, B. NH 4 Cl a. Geben Sie an, welche Ionen beim Auflösen der Salze gebildet werden. Formulieren Sie dann die jeweilige Protolysegleichung! b. Welchen Charakter haben die jeweiligen Lösungen? 38. Man titriert 10 ml einer schwachen Base (pk B =3,36) mit 0,05 M Salzsäure. Nach Zugabe von 15 ml Salzsäure ist der Äquivalenzpunkt erreicht. a. Berechnen Sie den ph-wert der Basenlösung (ph-wert vor der Titration). b. In welchem ph-bereich liegt der Äquivalenzpunkt? Begründen Sie ihre Antwort! c. Skizzieren Sie den Verlauf folgender Funktion: ph=f(volumen (Salzsäure) ). (Beschriftung, Angabe des Äquivalenzpunktes und Einzeichnen des pk S -Wertes des Säure/Base-Paares!) 39. Aus 300 ml Salzsäurelösung der Stoffmengenkonzentration c=0,8 mol L -1 soll durch Verdünnen eine Lösung mit der Stoffmengenkonzentration c=0,5 mol L -1 hergestellt werden. Wie viele ml Wasser sind zuzusetzen? 40. Eine Lösung enthält 148 mg Calciumhydroxid in 200 ml. Berechne den ph-wert der Lösung. 41. Eine wässrige Lösung enthält 9 g Ethansäure in 600 ml. a. Berechne den ph-wert dieser Lösung indem du vom Protolysegleichgewicht ausgehst. (Formel aufstellen!). b. Berechne den Protolysegrad in Prozent. 42. Wie reagieren die wässrigen Lösungen folgender Salze: a. Kaliumdihydrogenphosphat b. Natriumhydrogencarbonat Formuliere das Auflösen der Salze in Wasser und begründe deine Aussagen mit Hilfe von Protolysegleichungen g Ammoniumchlorid werden in 500 ml Ammoniak-Lösung der Stoffmengenkonzentration c=0,5 mol L -1 gelöst. a. Berechnen Sie die Stoffmengenkonzentration des Ammoniumchlorids in der Ammoniak-Lösung. b. Berechnen Sie den ph-wert der entstandenen Pufferlösung. c. Erklären Sie unter Verwendung von Reaktionsgleichungen die Vorgänge, die bei Zugabe von Oxonium- bzw. Hydroxid-Ionen in der Pufferlösung ablaufen. 44. In drei Reagenzgläsern befinden sich folgende Lösungen der Stoffmengenkonzentration c = 0,2 M. a. Natriumhydrogencarbonatlösung b. Aluminiumchloridlösung c. Natriumchloridlösung Eine dieser Lösungen reagiert alkalisch, eine andere reagiert sauer. Erklären Sie diesen Sachverhalt unter Verwendung von Protolysegleichungen. Berechnen Sie den ph-wert der sauren Lösung. 45. Um die Säurekonstante K S von Schwefelwasserstoff zu bestimmen, löst man 0,1 mol Schwefelwasserstoff in Wasser und füllt bis zu einem Volumen von einem Liter auf. Der gemessene ph- Wert der Lösung beträgt 3,96. Berechnen Sie die Säurekonstante K S für Schwefelwasserstoff. Erläutern Sie eine Näherung, die Ihrer Berechnung zu Grunde liegt. 46. Die Dichte von 10,5 %-iger Kalilauge beträgt 1,09 g/ml. Wie groß sind die Massen- und Stoffmengenkonzentrationen? 47. In 250 ml Lösung sind je 0,125 mol Ammoniak und Ammoniumchlorid gelöst. Berechne die Änderung des ph-wertes für die Zugabe von 10 ml 1M Salzsäure. Schaeffer Marcel

5 48. In 250 ml Ameisensäurelösung sind 4,6 g Ameisensäure gelöst. a. Berechnen Sie den ph-wert dieser Lösung indem Sie vom Protolysegleichgewicht ausgehen (geben Sie die für schwache Säuren üblichen Näherungen an und begründen Sie diese). b. Berechnen Sie den Protolysegrad dieser Lösung. Wie ändert der Protolysegrad bei zunehmender Verdünnung der Lösung? c. Berechnen Sie den ph-wert nach Zugabe von 75 mmol Natriummethanoat zu den 250 ml Ameisensäurelösung. Wie bezeichnet man allgemein eine solche Lösung? 49. a. Was sind Pufferlösungen? Wie sind sie zusammengesetzt? b. 150 ml einer Lösung enthalten 0,2 mol Natriumdihydrogenphosphat und 0,15 mol Natriumhydrogenphosphat. Man fügt 10 ml Natronlauge der Stoffmengenkonzentration c o = 1 M hinzu. Schreibe das entsprechende Puffersystem an und erkläre die Wirkungsweise (+ Gleichung) des vorliegenden Puffersystems bei Zugabe von Hydroxid-Ionen. Berechne den ph-wert der Pufferlösung vor und nach der Zugabe von Natronlauge g einer konzentrierten Natronlauge enthalten 6,04 g Natriumhydroxid und die Dichte bei 20 C beträgt r=1,33 g/cm 3. Berechne den Massenanteil w (NaOH), die Massenkonzentration b (NaOH) und die Stoffmengenkonzentration c (NaOH) dieser Natronlaugeportion. 51. Gegeben sind folgende Lösungen: A: 100 ml Natronlauge der Stoffmengenkonzentration c o =0,1 M. B: 100 ml Kalkwasser der Stoffmengenkonzentration c o =10-5 M. C: 100 ml verdünnte Essigsäure der Stoffmengenkonzentration c o =10-2 M, die außerdem 10-3 mol CH 3 COONa enthält. D: 100 ml Ammoniumchloridlösung die 0,54 g Ammoniumchlorid enthält. a. Berechne den ph-wert der Lösungen B und C. b. Zu Lösung C wird 1 ml Salzsäure der Stoffmengenkonzentration c o =0,5 mol/l gegeben. Schreibe die Reaktionsgleichung der Reaktion die abläuft und berechne die ph-wert Änderung der Lösung. c. Lösungen A und D werden miteinander vermischt. Schreibe die Reaktionsgleichung der Reaktion die abläuft. Berechne die Stoffmengen der Natronlauge und des Ammoniumchlorids. Bestimme den Charakter der so erhaltenen Lösung. 52. Eine konzentrierte Schwefelsäurelösung hat einen Massenanteil von 97% und eine Stoffmengenkonzentration von 18 mol/l. Berechne die Dichte dieser Lösung. 53. Berechne den ph-wert der folgenden Lösungen: a. 150 ml Iodwasserstoff-Lösung enthalten 0,864 g Iodwasserstoff. b. Eine 50%-ige Kalilauge hat eine Dichte von 1,505 g cm ml dieser Lösung wird auf 1 Liter verdünnt. Berechne nur den ph-wert der verdünnten Lösung. 54. Gegeben sei eine Ameisensäure-Lösung (Methansäure-Lösung), deren ph-wert 2,724 beträgt. a. Formuliere die Protolysegleichung der Ameisensäure, sowie die Gleichung der Autoprotolyse von Wasser. Unter Berücksichtigung der beiden vorherigen Gleichungen, ordne die in der Lösung vorhandenen Teilchen nach steigenden Konzentrationen. b. Berechne den Protolysegrad in %. Welche Vernachlässigung wird dabei gemacht? 55. Um ein ph-messgerät zu kalibrieren braucht man eine Pufferlösung mit ph-wert 7. Ein Liter Pufferlösung enthält 2,84 g Natriumhydrogenphosphat. a. Welche Masse an Natriumdihydrogenphosphat muss diese Pufferlösung enthalten, damit der ph-wert 7 beträgt? b. Zu dieser Lösung gibt man 10 ml Natronlauge (c = 1 M) hinzu. Schreibe die entsprechende Gleichung an und berechne die Änderung des ph-wertes. 56. Man will durch Verdünnung 1 Liter einer 0,1 molaren Schwefelsäure herstellen. Wie viel ml konzentrierte Schwefelsäure (98%ig; r = 1,84 g/ml) sind hierzu nötig? Schaeffer Marcel

6 57. Man gibt 10 g Kaliumcyanid in einen 500 ml-messkolben und füllt unter Lösen des Salzes bis zur Markierung mit destilliertem Wasser auf. a. Schätzen Sie ab, ob man eine saure, eine alkalische oder eine neutrale Lösung erhält. Erklären Sie Ihre Prognose anhand der entsprechenden Gleichungen. b. Stellen Sie ausgehend von der Protolysegleichung die Formel zur Berechnung des ph-wertes dieser Salzlösung auf. Geben Sie auch eventuelle Näherungen an. c. Berechnen Sie anschließend den ph-wert dieser Salzlösung. 58. In der Zellkultur kommt, sehr häufig, eine mit Phosphat gepufferte Salz-Lösung zum Einsatz. Diese Puffer-Lösung besteht unter anderem aus Kaliumdihydrogenphosphat und Natriumhydrogenphosphat. a. Schreibe die Protolyse-Gleichung für das Puffersystem an. b. Formuliere die Reaktionsgleichungen für die Zugabe einer sauren bzw. einer alkalischen Lösung zu dem System. c. Um welchen ph-bereich einzustellen wird dieses Puffersystem benutzt? Lösungen: 1. ph=0,52; 2. a. c o(hcl)=3, mol L -1 ; b. c o(ch 3COOH)=0,56 mol L -1 ; c. nein, keine Angabe über a; 3. a. ph=3,75; b. ph=9,1; 4. pk B=4,71; ph=11,1; 5. m=3,15 g; ph=1; 6. ph=11,3; 7. sauer; 8. a. V=300 ml; b. ph=0,52; 9. a. sauer; b. basisch; 10. ph=3,0; 11. c(cl - )=0,69 mol L -1 ; 12. ph=11,9; 13. pk B größer K B kleiner denn pk B=10 - K B; 14. I. sauer; II. sauer; 15. ph=8,18; 16. b=2,19 g L -1 ; mg; 19. CH 3COO - schwache Base, nein denn DpH für Bromthymolblau liegt nicht im Sprungbereich, 20. pk S=7,1; a=0,06%; 21 a. H 2PO 4 - weil pk S(H 2PO 4 - )<pk S(HCN); b. Gleichung von H 2PO 4 - mit Wasser weiter nach rechts verschoben weil pk S kleiner (K S größer); 22. a. ph=0,4; b. ph=11,6; 23. a. I. basisch; II. basisch; 24. a. Buch Seite Abschnitt; b. Pufferlösung, man nimmt an, daß c(ha)~c o(ha) und dass c(a - )~c o(a - ); 25. m(hclo 4)=152 mg; 26. B. K B=1, ; C. a=4%; 27. sauer; ph=2,93; 28. A. Gleichgewicht wird beständig nach rechts verschoben, B. DpH für Phenolphtalein liegt im Sprungbereich, C. c o(hcooh)=0,186 mol L -1 ; 29. ph=11,4; 30. i. basisch; ii. sauer; iii. basisch; 31. a. I=f(V(NaOH)); b. Buch S. 167 Abschnitt 3-5; c. c o(hcl)=0,06 mol L -1 ; 32. ph=12,55; 33. K S= ; a=4%; 34. sauer; 35. b. V(HCl)=24 ml; b. KCl (aq.); c. neutral weil K + und Cl - gehen keine Protolyse mit H 2O ein!; 36. a. c(al 3+ )=0,032 mol L -1 ; c(cl - )=0,096 mol L -1 ; b. ph=3,17; 37. a. basisch; b. sauer; 38. a. ph=11,76; b. schwach sauer; c. pk S (7,5; 10,64); Äquivalenzpunkt (15; 6,08); ml; 40. ph=12,3; 41. a. ph=2,68; b. a=0,84%; 42. a. sauer; b. basisch; 43. a. c=0,935 mol L -1 ; b. ph=8,98; c. Zugabe von Oxonium-Ionen: NH 3 + H 3O + NH H 2O, Zugabe von Hydroxid-Ionen: NH OH - NH 3 + H 2O; 44. a. alkalisch; b. sauer; ph=2,77; 45. K S=1, ; 46. c=2,04 mol L -1 ; 47. ph=9,18; 48. a. ph=2,07; b. a=2,1% wird größer bei Verdünnung; c. ph=3,63 Puffer-Lösung; 49. a. Buch S. 142; b. ph=7,08 nach Zugabe von NaOH: ph=7,13; 50. w=3,02%; b 40,2 g L -1 ; c 1,00 M; 51. a. B: ph=9,30; C: ph=4,75; b. ph=4,27; c. NH OH - NH 3 + H 2O; n(naoh)=0,01 mol; n(nh 4Cl) 0,01 mol; alkalische Lösung (Ammoniakwasser 0,05M); ph 11; 52. r 1,82 g ml -1 ; 53. a. ph 1,35; b. ph 12,1; 54. a. c(oh - )<<c(hcoo - )< c(h 3O + )<c(hcooh)<c(h 2O); b. Autoprotolyse des Wassers wird vernachlässigt, a 9,4%; 55. a. m(natriumdihydrogenphosphat) 3,80 g; b. ph 7,3; 56. 5,43 ml; 57. a. alkalisch; b. Theorie; c. ph=11,44; 58. a. H 2PO H 2O HPO H 3O + ; b. Zugabe von Hydroxid-Ionen: H 2PO OH - HPO H 2O, Zugabe von Oxonium-Ionen: HPO H 3O + H 2PO H 2O; c. neutraler Bereich ph~7,20; Schaeffer Marcel