KAPITEL 3: AUFGABEN ZU SÄUREN UND BASEN

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1 KAPITEL 3: AUFGABEN ZU SÄUREN UND BASEN BRÖNSTED DEFINITION A2 S.93 A1 S.94 A2 S.94 A3 S Erkläre wofür Säuren in Putzmitteln verwendet werden. 6. Welche der folgenden Stoffe leiten den elektrischen Strom: feste Zitronensäure, Zitronensaft, geschmolzene Zitronensäure, Essig, Essigsäure 100%, Salzsäure. 7. Erkläre warum Seifenschaum in den Augen brennt. AMPHOLYTE 8. A1 S.96 PH-WERT 9. Berechne den ph-wert folgender Lösungen: a) c(h 3 O + )= 4, mol/l b) c(oh - )= 3, mol/l c) 100 ml Lösung die 0,005 mol OH - Ionen enthält d) 1 ml Lösung die 2, mol H 3 O + Ionen enthält e) 1 mm 3 Lösung die mol OH - Ionen enthält (1dm 3 =1L, 1cm 3 =1mL, 1mm 3 =1 L= L) 10. Aus einem Liter Salzsäure mit ph=2 will man durch Verdünnung Salzsäure mit ph=3 herstellen. Wie muss man vorgehen? 11. Aus einem Liter Natronlauge mit ph=13 will man durch Verdünnung Natronlauge mit ph=11 herstellen. Wie muss man vorgehen? ml Salzsäure mit ph=1 werden auf 10 L verdünnt. Wie ändert sich der ph-wert? 13. Wie viele Liter Wasser werden benötigt um den ph-wert von 250 Litern verunreinigtes Abwasser von ph=1 auf ph=6 anzuheben? 14. In einem Schwimmbecken von 25m Länge, 20 m Breite und 2 m Tiefe ist der ph-wert auf ph=4 gesunken. Wie viele Liter Natronlauge mit ph= 14 benötigt man damit der ph-wert des Wassers auf ph = 7 steigt. 15. Regen hat normalerweise einen ph-wert von 4,5. In saurem Regen hat man schon den ph-wert 3,5 gemessen. Welcher Konzentrationunterschied an Oxonium-Ionen liegt vor? 16. Tropft man Natronlauge auf Ammoniumchlorid, entweicht Ammoniak-Gas. Stelle die Reaktionsgleichung auf. Bestimme die Säure und die Base nach Brönsted. 17. Welche Ionen bewirken die Härte des Wassers. REAKTION VON SÄUREN MIT METALLEN (ES BILDET SICH WASSERSTOFF H2) 18. Reaktion von Salzsäure mit Magnesium 19. Reaktion von Schwefelsäure mit Zink 20. Reaktion von Phosphorsäure mit Eisen (Eisen hat die Wertigkeit 2) 21. Reaktion von Schwefelsäure mit Gold REAKTION VON SÄUREN MIT METALLOXIDEN 22. Reaktion von Salzsäure mit Eisen(III)-oxid 1

2 23. Reaktion von Schwefelsäure mit Kupfer(II)-oxid REAKTION VON SÄUREN MIT ANDEREN SALZEN 24. Reaktion zwischen Salzsäure und einer Lösung von Natriumcarbonat 25. Reaktion zwischen Schwefelsäure und einer Suspension von Calciumcarbonat 26. Reaktion zwischen Salzsäure und einer Lösung von Natriumacetat 27. Leitet man Kohlenstoffdioxid in Wasser, entsteht eine saure Lösung. Erkläre mithilfe einer Reaktionsgleichung. 28. Gibt man festes Natrium in Wasser, entsteht eine basische Lösung. Erkläre mithilfe einer Reaktionsgleichung. 29. Bei der Reaktion von Stickstoffdioxid mit Wasser bilden sich Salpetersäure und Salpetrige Säure. Formuliere die Reaktionsgleichung. 30. Ein Schwefelsäuremolekül kann insgesamt zwei Protonen an Wassermoleküle abgeben. Formuliere die Reaktionsgleichungen für die schrittweise Abgabe und benenne alle Teilchen. 31. Löst man das feste Natriumhydrogensulfat im Wasser, entsteht eine saure Lösung. Erkläre und formuliere die Lösungsgleichung sowie eine Protolyse. NEUTRALISATIONEN 32. Wie kann man Magnesiumnitrat durch eine Neutralisation herstellen? Formuliere die Reaktionsgleichung. 33. Aluminiumchlorid soll auf zwei verschiedenen Wegen hergestellt werden. Formuliere dazu die Reaktionsgleichungen. 34. Bei Magenbeschwerden kann man Präparate einnehmen, die Aluminiumhydroxid enthalten. Gib eine Reaktionsgleichung für die Reaktion im Magen an. 35. Reaktion zwischen Salzsäure und einer Lösung von Natriumhydroxid c) Berechne das benötigte Volumen NaOH Lösung (0,1 mol/l) um 5 ml HCl Lösung (1 mol/l) zu neutralisieren. 36. Reaktion zwischen Salzsäure und einer Suspension von Magnesiumhydroxid 37. Reaktion zwischen Salzsäure und einer Lösung von Calciumhydroxid 38. Reaktion zwischen Schwefelsäure und einer Suspension von Aluminiumhydroxid 39. Aufgabe: Gib die Reaktionsgleichung und die Ionengleichung zwischen folgenden Säuren und Basen an: a) Schwefelsäure + Natronlauge b) Phosphorsäure + Calciumhydroxid c) Salpetersäure + Kalilauge d) Ammoniak + Schwefelsäure e) Salzsäure + Bariumhydroxid 2

3 SÄURE-BASE-TITRATIONEN 40. Zur Neutralisation von 20 ml Salzsäure unbekannter Konzentration verbraucht man 27,2 ml Natronlauge der Konzentration 0,1 mol/l. Berechne die Konzentration der Salzsäure. 2. Stoffmengenverhältnis am ÄP 3. n = cv einsetzen ml Natronlauge werden mit Schwefelsäure (0,1 mol/l) titriert. Der Verbrauch beträgt 20 ml. Berechne die Konzentration der Natronlauge. 2. Stoffmengenverhältnis am ÄP 4. n = cv einsetzen 42. Eine Probe von 20 ml Calciumhydroxid-Lösung wird mit Salzsäure (0,1 mol/l) titriert. Bis zum Äquivalenzpunkt werden 5,3 ml Salzsäure verbraucht. Berechne die Stoffmengenkonzentration der Calciumhydroxid-Lösung. Wie viel Milligramm Calciumhydroxid enthält die Probe? 2. Stoffmengenverhältnis am ÄP 3. n = cv einsetzen 43. Aufgabe: Eine Portion Salzsäure, V(HCl) = 20 ml, wird mit einer Calciumhydroxidlösung (Kalkwasser, c(ca(oh) 2 ) = 0,1 mol/l), titriert. Bis zum Äquivalenzpunkt werden 12 ml Kalkwasser verbraucht. Berechne die Stoffmengenkonzentration der Salzsäure und die Masse des in der Lösung enthaltenen Chlorwasserstoffs. 44. Aufgabe: Zur Neutralisation einer Portion Kaliumhydroxid, V(Kaliumhydroxid) = 25 ml, wird eine Salzsäureportion, V(Salzsäure) = 35 ml, c(hci) = 0,5 mol/l, benötigt. Berechne die Masse KOH in 1 Liter dieser Base. 45. Aufgabe: Eine Portion Lithiumhydroxid, m = 4 g, ergibt in Wasser gelöst eine Portion Lithiumhydroxidlösung, V = 120 ml. Berechne die Stoffmengenkonzentration c(lioh) der Lösung. Welches Volumen hat die Säureportion, c(hcl) = 1 mol/l die zur Neutralisation dieser Basenportion erforderlich ist? 46. Aufgabe: Zur Neutralisation von 25 ml Bariumhydroxidlösung unbekannter Konzentration wurden 5 ml Phosphorsäurelösung, c(h 3 PO 4 ) = 0,1 mol/l benötigt. Welche Stoffmenge und welche Masse hat die Bariumhydroxidportion, die in der Lösungsportion gelöst war? 47. Aufgabe: 25 ml einer konzentrierten Essigsäurelösung werden in einem Messkolben (V(Messkolben) = 500 ml) verdünnt. 10 ml der verdünnten Essigsäurelösung reagieren mit 12 ml Natronlauge (c(naoh) = 0,2 mol/l). Berechne die Stoffmengenkonzentration der konzentrierten Essigsäure. WICHTIGE SÄUREN UND BASEN IN NATUR UND TECHNIK 48. Aufgabe Eine Pille gegen Sodbrennen wird in Wasser gelöst. Dabei entsteht eine Suspension von Magnesiumoxid. Schreiben Sie die Reaktionsgleichung der Reaktion die bei Zugabe von Magensäure (HCl) abläuft. Berechnen Sie die Masse an Magnesiumoxid die zum Neutralisieren von 100mL Magensäure (HCl) der Stoffmengenkonzentration 1 mol/l benötigt wird. 49. Aufgabe: Wasserstoffgas kann durch die Reaktion zwischen Salzsäure und unedlen Metallen wie Zink hergestellt werden. a) Berechnen Sie das Volumen an Wasserstoffgas das durch die Reaktion von 5g Zink mit ausreichend Salzsäure hergestellt werden kann. b) Berechnen Sie die Stoffmenge an Salzsäure die zur Reaktion gebracht wurde. 50. Wiederholung a) Berechne den ph-wert von 250 ml einer Lösung, die 12, Hydroxid-Ionen enthält. b) Bei der Reaktion einer Säure mit einem Salz entsteht Kohlenstoffdioxid, Wasser und Natriumchlorid. Erstelle die Reaktionsgleichung und die Ionengleichung. 3

4 Kapitel 3: Aufgaben zu Säuren und Basen A2 S.93 Begründung: Brönsted-Konzept Säuren sind H + -Donatoren Basen sind H + -Akzeptoren Brönsted Definition Beispiel Säure a) H 2 O Wasser b) H 2 O Wasser c) CH 3 COOH Essigsäure d) HNO 3 Salpetersäure e) H 3 PO 4 Phosphorsäure F HF Fluorwasserstoffsäure Base NH 2 - Amid-Ion NH 3 Ammoniak H 2 O F- Fluorid-Ion H 2 O Wasser H 2 O A1 S.94 Tafel Definition : Die Anzahl der H + die eine Säure abgeben kann entspricht der Wertigkeit der Säure. Die Ameisensäure hat die Wertigkeit 1 da nur ein H + werden kann. abgegeben 4

5 A2 S Stufe = 1. H + Abgabe: H 2 SO 4 + H 2 O HSO H 3 O + 2. Stufe = 2. H + Abgabe: HSO H 2 O SO H 3 O Stufen zusammen: H 2 SO H 2 O SO H 3 O + Die Schwefelsäure hat die Wertigkeit 2 da sie 2 H + abgeben kann. Rot = Säure Blau = Base A3 S.94 Reaktionsgleichungen: 1. Stufe : H 2 CO 3 + H 2 O HCO H 3 O + 2. Stufe : HCO H 2 O CO H 3 O Stufen zusammen: H 2 CO H 2 O CO H 3 O + Rot = Säure Blau = Base Reaktionsgleichungen in Strukturformeln: Tafel 5. Erkläre wofür Säuren in Putzmitteln verwendet werden. Säuren lösen Kalk (Calciumcarbonat). Saure Putzmittel dienen also zum Kalklösen im Klo, im Waschbecken oder in der Kaffemaschine. Das günstigste Putzmittel zum Kalklösen ist Essig. 5

6 6. Welche der folgenden Stoffe leiten den elektrischen Strom: feste Zitronensäure, Zitronensaft, geschmolzene Zitronensäure, Essig, Essigsäure 100%, Salzsäure. Stoffe die bewegliche Ladungsträger enthalten, leiten den Strom. Feste Zitronensäure (C 6 H 8 O 7 ) besteht aus Molekülen (nur Nichtmetalle in der Formel) leitet den Strom nicht. Zitronensaft leitet den Strom, da Säuren Ionen enthalten (H 3 O + ) Geschmolzene Zitronensäure leitet den Strom nicht. Essig, ja da Säure. Essigsäure 100%, nein, da nur Moleküle, keine H 3 O + Ionen. Salzsäure, ja da Säure. 7. Erkläre warum Seifenschaum in den Augen brennt. 6

7 Ampholyte 8. A1 S.96 HPO 4 2- : Ampholyt PO 4 3- : kein Ampholyt HPO 4 2- kann H + aufnehmen oder H + abgeben => HPO 4 2- = Ampholyt H + -Abgabe = Reaktion als Säure: HPO H 2 O PO H 3 O + H + - Aufnahme = Reaktion als Base: HPO H 2 O H 2 PO OH - 3- Phosphation PO 4 kann nur H + aufnehmen, also nur als Base reagieren. H + - Aufnahme = Reaktion als Base: PO H 2 O HPO OH - 7

8 ph-wert 9. Berechne den ph-wert folgender Lösungen: ph = logc(h 3 O + ) poh = logc(oh ) ph + poh = 14 a) c(h3o + )= 4, mol/l ph=-log(h 3 O + ) =-log(4, )=2,32 b) c(oh - )= 3, mol/l poh=-log c(oh-)=-log(3, )=9,44 ph+poh=14 ph=14-poh ph=14-9,44=4,56 c) 100 ml Lösung die 0,005 mol OH - Ionen enthält c(oh-)= 0,005mol/0,1L= mol/l=0,05mol/l poh =-log c(oh-)=-log(0,05)= 1,30 ph=14-poh=12,70 d) 1 ml Lösung die 2, mol H3O + Ionen enthält c(h 3 O + )= 2, mol/0,001l= 2, mol/l ph=-log(2, mol/l)=1,60 e) 1 mm 3 Lösung die mol OH - Ionen enthält (1dm 3 =1L, 1cm 3 =1mL, 1mm 3 =1 L= L) c(oh-)= mol/ 10-6 L= mol/l poh = -logc(oh-)=3,40 ph=14-poh=10,6 10. Aus einem Liter Salzsäure mit ph=2 will man durch Verdünnung Salzsäure mit ph=3 herstellen. Wie muss man vorgehen? ph = 2 c(h 3 O + mol ) 2 = 10 L 8

9 ph = 3 c(h 3 O + mol ) 3 = 10 L Bei ph=3 ist die Oxonium-Ionen Konzentration 10 X kleiner als bei ph=2. Die ph=2 Salzsäure muss also 10X verdünnt werden. Ein Liter ph=2 soll also auf 10 L verdünnt werden. Man muss also 9 L Wasser zu einem Liter Salzsäure ph=2 hinzufügen um Salzsäure mit ph=3 zu erhalten. 11. Aus einem Liter Natronlauge mit ph=13 will man durch Verdünnung Natronlauge mit ph=11 herstellen. Wie muss man vorgehen? ph = 13 => poh = 1 => c(oh - ) = 10-1 mol/l ph = 11 => poh = 3 => c(oh - ) = 10-3 mol/l Verdünnung: = L Natronlauge mit ph = 13 mit Wasser auf 100 L verdünnen => Natronlauge mit ph = 11 99L Wasser zu 1L Natronlauge mit ph=13 hinzufügen ml Salzsäure mit ph=1 werden auf 10 L verdünnt. Wie ändert sich der ph-wert? 10 ml, ph=1 10 L, ph=? 10L = ml 10000mL = 1000 = mL Die Salzsäure mit ph=1 wurde also 1000 X verdünnt neuer ph-wert: ph=4 13. Wie viele Liter Wasser werden benötigt um den ph-wert von 250 Litern verunreinigtes Abwasser von ph=1 auf ph=6 anzuheben? ph = 1 ph = 6 = 10 1 = neues Volumen: = 2, L 9

10 benötigtes Wasser: 2, L 250L = = L oder: ph = 1 => c(h 3 O + ) = 10-1 mol/l ph = 6 => c(h 3 O + ) = 10-6 mol/l Verdünnung: 10 1 = Volumen = = 2, L = L Es werden L Wasser benötigt 14. In einem Schwimmbecken von 25m Länge, 20 m Breite und 2 m Tiefe ist der ph-wert auf ph=4 gesunken. Wie viele Liter Natronlauge mit ph= 14 benötigt man damit der ph-wert des Wassers auf ph = 7 steigt. Volumen des Schwimmbeckens: V = L. B. T = 25 m. 20 m. 2 m = 1000 m 3 = 10 6 L ph = 4 => c(h 3 O + ) = 10-4 mol/l n(h 3 O + ) = c. V = 10-4 mol/l L = 100 mol ph = 14 => poh = 0 => c(oh - ) = 10 0 mol/l = 1 mol/l ph = 7 => Neutralpunkt => n(h 3 O + ) = n(oh - ) = 100 mol => V(OH - )= n(oh - ) / c(oh - ) = 100 mol / 1 mol/l = 100 L 10

11 15. Regen hat normalerweise einen ph-wert von 4,5. In saurem Regen hat man schon den ph-wert 3,5 gemessen. Welcher Konzentrationunterschied an Oxonium-Ionen liegt vor? ph = 4,5 c(h 3 O + mol ) 4,5 = 10 L ph = 3,5 c(h 3 O + mol ) 3,5 = 10 L Verhältnis: 10 3,5 = 10 4,5 101 = 10 Der saure Regen mit ph=3,5 hat eine 10X höhere Oxonium-Ionen Konzentration als der Regen mit ph=4, Tropft man Natronlauge auf Ammoniumchlorid, entweicht Ammoniak-Gas. Stelle die Reaktionsgleichung auf. Bestimme die Säure und die Base nach Brönsted. RG: NaOH + NH 4 Cl NH 3 + H 2 O + NaCl IG: Na + + OH - + NH Cl - NH 3 + H 2 O + Na + + Cl - vereinfachte IG: OH - + NH 4 + NH 3 + H 2 O Brönsted Säure = Protonendonator = NH 4 + Brönsted Base = Protonenakzeptor = OH Welche Ionen bewirken die Härte des Wassers. 11

12 Reaktion von Säuren mit Metallen (Es bildet sich Wasserstoff H 2 ) 18. Reaktion von Salzsäure mit Magnesium 2 HCl + Mg MgCl 2 + H 2 Ionen Atomverband Ionengitter Moleküle 2H + + 2Cl - + Mg Mg Cl - + H 2 Vereinfacht: 2H + + Mg Mg 2+ + H Reaktion von Schwefelsäure mit Zink H 2 SO 4 + Zn ZnSO 4 + H 2 Ionen Atomverband Ionengitter Moleküle 2H + + SO Zn Zn 2+ + SO H 2 2H + + Zn Zn 2+ + H Reaktion von Phosphorsäure mit Eisen (Eisen hat die Wertigkeit 2) 2 H 3 PO Fe Fe 3 (PO 4 ) H 2 6H PO 4 + 3Fe 3 Fe PO 4 6H + + 3Fe 3 Fe H 2 + 3H Reaktion von Schwefelsäure mit Gold (Gold ist ein Edelmetall und wird daher nicht von Säuren angegriffen!!) 12

13 Reaktion von Säuren mit Metalloxiden 22. Reaktion von Salzsäure mit Eisen(III)-oxid 6 HCl + Fe 2 O 3(s) 2 FeCl 3(aq) + 3 H 2 O (l) Ionen Ionengitter Ionengitter Moleküle 6H + (aq) +6Cl - (aq)+2 Fe 3+ (s) + 3O 2- (s) 2 Fe 3+ (aq)+6 Cl - (aq)+ 3H 2 O (l) Vereinfacht: 6H + (aq)+ 2 Fe 3+ (s) + 3O 2- (s) 2 Fe 3+ (aq) + 3H 2 O (l) 23. Reaktion von Schwefelsäure mit Kupfer(II)-oxid H 2 SO 4(aq) + CuO (s) CuSO 4(aq) + H 2 O (l) 2H + (aq)+ 2- SO 4 (aq) + Cu 2+ (s) + O 2- (s) Cu 2+ (aq) + 2- SO 4 (aq) + H 2 O (l) Vereinfacht: 2H + (aq)+ Cu 2+ (s) + O 2- (s) Cu 2+ (aq) +H 2 O (l) 13

14 Reaktion von Säuren mit anderen Salzen 24. Reaktion zwischen Salzsäure und einer Lösung von Natriumcarbonat 2 HCl (aq) + Na 2 CO 3(s) H 2 O (l) + CO 2(g) + 2 NaCl (aq) 2H + (aq)+2 Cl - (aq)+2na + (s)+co 3 2- (s) H 2 O (l) +CO 2(g) +2Na + (aq)+2 Cl - (aq) Vereinfacht: 2H + +2Na + (s) +CO 3 2- (s) H 2 O (l) +CO 2(g) +2Na + (aq) 25. Reaktion zwischen Schwefelsäure und einer Suspension von Calciumcarbonat H 2 SO 4 + CaCO 3(s) H 2 O + CO 2 + CaSO 4(aq) 2H + + SO Ca 2+ (s)+co 3 2- (s) H 2 O+CO 2 + Ca 2+ (aq) +SO 4 2- (aq) 26. Reaktion zwischen Salzsäure und einer Lösung von Natriumacetat HCl + CH 3 COONa (s) NaCl + CH 3 COOH H + + Cl - + CH 3 COO - (s)+ Na + (s) Na + (aq) + Cl - (aq) +CH 3 COOH 27. Leitet man Kohlenstoffdioxid in Wasser, entsteht eine saure Lösung. Erkläre mithilfe einer Reaktionsgleichung. 28. Gibt man festes Natrium in Wasser, entsteht eine basische Lösung. Erkläre mithilfe einer Reaktionsgleichung. 2 Na + 2 H 2 O 2 NaOH + H Bei der Reaktion von Stickstoffdioxid mit Wasser bilden sich Salpetersäure und Salpetrige Säure. Formuliere die Reaktionsgleichung. 14

15 30. Ein Schwefelsäuremolekül kann insgesamt zwei Protonen an Wassermoleküle abgeben. Formuliere die Reaktionsgleichungen für die schrittweise Abgabe und benenne alle Teilchen. 31. Löst man das feste Natriumhydrogensulfat im Wasser, entsteht eine saure Lösung. Erkläre und formuliere die Lösungsgleichung sowie eine Protolyse. 15

16 Neutralisationen 32. Wie kann man Magnesiumnitrat durch eine Neutralisation herstellen? Formuliere die Reaktionsgleichung. 2 HNO 3 + Mg(OH) 2 Mg(NO 3 ) 2 + 2H 2 O Bemerkung : Säure + Base Salz + Wasser Die Säure enthält die Nichtmetall-Ionen des Salzes. Die Base enthält das Metall-Ion des Salzes. 33. Aluminiumchlorid soll auf zwei verschiedenen Wegen hergestellt werden. Formuliere dazu die Reaktionsgleichungen. 1. Möglichkeit : Neutralisation 3 HCl + Al(OH) 3 AlCl 3 + 3H 2 O 2. Möglichkeit : Synthese 2 Al + 3 Cl 2 2 AlCl Bei Magenbeschwerden kann man Präparate einnehmen, die Aluminiumhydroxid enthalten. Gib eine Reaktionsgleichung für die Reaktion im Magen an. 3 HCl + Al(OH) 3 AlCl 3 + 3H 2 O 35. Reaktion zwischen Salzsäure und einer Lösung von Natriumhydroxid HCl + NaOH NaCl + H 2 O Ionen Ionen Ionen Moleküle H + + Cl - + Na + + OH - Na + + Cl - + H 2 O Vereinfacht: H + + OH - H 2 O c) Berechne das benötigte Volumen NaOH Lösung (0,1 mol/l) um 5 ml HCl Lösung (1 mol/l) zu neutralisieren. Stoffmengenverhältnis: 16

17 n( NaOH ) 1 n( HCl ) 1 n( NaOH ) n( HCl ) c( NaOH ) V ( NaOH ) c( HCl ) V ( HCl ) c( HCl ) V ( HCl ) V ( NaOH ) c( NaOH ) mol 1 0,005L V ( NaOH ) L 0,05L 50mL mol 0,1 L 36. Reaktion zwischen Salzsäure und einer Suspension von Magnesiumhydroxid 2 HCl (aq) + Mg(OH) 2(s) MgCl 2(aq) + 2H 2 O (l) 2H + (aq)+2 Cl - (aq)+ Mg 2+ (s)+2oh - (s) Mg 2+ (aq) +2 Cl - (aq)+2 H 2 O (l) Vereinfacht: 2H + (aq)+ Mg 2+ (s)+2oh - (s) Mg 2+ (aq) +2 H 2 O (l) 37. Reaktion zwischen Salzsäure und einer Lösung von Calciumhydroxid 2 HCl + Ca(OH) 2 CaCl 2 + 2H 2 O 2H Cl - + Ca OH - Ca Cl H 2 O Vereinfacht: 2H + +2OH - 2 H 2 O 38. Reaktion zwischen Schwefelsäure und einer Suspension von Aluminiumhydroxid 3 H 2 SO Al(OH) 3(s) Al 2 (SO 4 ) 3(aq) + 6 H 2 O 6H + +3 SO Al 3+ (s) +6 OH - 2 Al 3+ (aq)+3 SO H 2 O Vereinfacht: 6H + +2 Al 3+ (s)+6 OH - 2 Al 3+ (aq) + 6 H 2 O 17

18 39. Aufgabe: Gib die Reaktionsgleichung und die Ionengleichung zwischen folgenden Säuren und Basen an: a) Schwefelsäure + Natronlauge H 2 SO NaOH Na 2 SO H 2 O 2H + +SO Na + +2OH - 2Na + + SO H 2 O b) Phosphorsäure + Calciumhydroxid 2 H 3 PO Ca(OH) 2 Ca 3 (PO 4 ) H 2 O 6H + +2PO Ca 2+ +6OH - 3Ca PO H 2 O c) Salpetersäure + Kalilauge HNO 3 + KOH KNO 3 + H 2 O H + +NO - 3 +K + +OH - K + + NO - 3 +H 2 O d) Ammoniak + Schwefelsäure + - RG: NH 3 + H 2 SO 4 NH 4 + HSO 4 IG: NH 3 + 2H + +SO NH 4 + H SO 4 e) Salzsäure + Bariumhydroxid RG: 2HCl + Ba(OH) 2 BaCl H 2 O IG: 2H + +2Cl - +Ba 2+ +2OH - Ba Cl - +2 H 2 O 18

19 Säure-Base-Titrationen 40. Zur Neutralisation von 20 ml Salzsäure unbekannter Konzentration verbraucht man 27,2 ml Natronlauge der Konzentration 0,1 mol/l. Berechne die Konzentration der Salzsäure. 1. Reaktionsgleichung aufstellen NaOH + HCl NaCl + H 2 O Probelösung + Masslösung Base + Säure 2. Stoffmengenverhältnis am ÄP n s n B = 1 1 n S = n B 3. n = cv einsetzen n S = n B c S V S = c B V B c S = c B V B V S mol 0,1 c S = L 0,027L 0,02L 4. Zahlenwerte einsetzen c S = 0,135 mol L 19

20 ml Natronlauge werden mit Schwefelsäure (0,1 mol/l) titriert. Der Verbrauch beträgt 20 ml. Berechne die Konzentration der Natronlauge. 1. Reaktionsgleichung aufstellen 2 NaOH + H 2 SO 4 Na 2 SO H 2 O Probelösung + Masslösung Base + Säure 2. Stoffmengenverhältnis am ÄP n s n B = n S = n B 4. n = cv einsetzen n B = 2n S c B V B = 2c S V S c B = 2c S V S V B mol 2 0,1 c B = L 0,021L 0,025L = 0,04 mol L 20

21 42. Eine Probe von 20 ml Calciumhydroxid-Lösung wird mit Salzsäure (0,1 mol/l) titriert. Bis zum Äquivalenzpunkt werden 5,3 ml Salzsäure verbraucht. Berechne die Stoffmengenkonzentration der Calciumhydroxid-Lösung. Wie viel Milligramm Calciumhydroxid enthält die Probe? 1. Reaktionsgleichung aufstellen Ca(OH) HCl CaCl H 2 O Probelösung + Masslösung Base + Säure 2. Stoffmengenverhältnis am ÄP n s n B = 2 1 n S = 2n B 3. n = cv einsetzen n B = n s 2 c B V B = c S V S 2 c B = c S V S 2V B mol 0,1 c B = L 0,0053L 2 0,020L = 0,0133 mol L m B = n B. M B = c B. V B. M B =0,02 g = 20 mg 21

22 43. Aufgabe: Eine Portion Salzsäure, V(HCl) = 20 ml, wird mit einer Calciumhydroxidlösung (Kalkwasser, c(ca(oh)2) = 0,1 mol/l), titriert. Bis zum Äquivalenzpunkt werden 12 ml Kalkwasser verbraucht. Berechne die Stoffmengenkonzentration der Salzsäure und die Masse des in der Lösung enthaltenen Chlorwasserstoffs. Masslösung: Ca(OH) 2, V(Ca(OH) 2 ) = 12 ml, c(ca(oh) 2 )=0,1 mol/l Probelösung: HCl, V(HCl) = 20 ml, c(hcl) =? 1. RG: 2 HCl + Ca(OH) 2 CaCl 2 + 2H 2 O 2. Stoffmengenverhältnis: n(hcl) n(ca(oh) 2 ) = 2 1 n(hcl)=2. n(ca(oh) 2 ) 3. n= cv einsetzen HCl=S Ca(OH) 2 =B n S =2. n B c s V s =2c B V B 2cB * VB c s = c s = V S 2* 0,1mol/L* 0,012L 0,02L =0,12mol/L Berechnen der Masse des HCl: n(hcl)=c(hcl)*v(hcl)=0,12 mol/l*0,02l = 0,0024 mol m(hcl)=n(hcl)*m(hcl) =0,0024mol. 36,5g/mol= 0,0876g 22

23 44. Aufgabe: Zur Neutralisation einer Portion Kaliumhydroxid, V(Kaliumhydroxid) = 25 ml, wird eine Salzsäureportion, V(Salzsäure) = 35 ml, c(hci) = 0,5 mol/l, benötigt. Berechne die Masse KOH in 1 Liter dieser Base. 1.RG: HCl + KOH KCl + H 2 O Gegeben: Probelösung: KOH = B: V B =25 ml Masslösung: HCl =S: c S = 0,5 mol/l, V S = 35 ml Gesucht: m B in 1L Base, also zuerst c B berechnen! 2. Stoffmengenverhältnis: n B /n S =1/1 n B =n S 3. n = c V einsetzen c B V B =c S V S csvs c B = V B 4. Zahlenwerte einsetzen c B = mol 0,5 0,035L L 0,025L = mol 0,7 L Stoffmenge in 1 L Base: n B = c B V B = 0,7 mol/l * 1 L = 0,7 mol Masse von KOH in 1 L Base: m B =n B. M B = 0,7 mol. 56,1 g/mol = 39,27 g 23

24 45. Aufgabe: Eine Portion Lithiumhydroxid, m = 4 g, ergibt in Wasser gelöst eine Portion Lithiumhydroxidlösung, V = 120 ml. Berechne die Stoffmengenkonzentration c(lioh) der Lösung. Welches Volumen hat die Säureportion, c(hcl) = 1 mol/l die zur Neutralisation dieser Basenportion erforderlich ist? 1. RG: LiOH + HCl LiCl + H 2 O Gegeben: Masslösung = HCl = Säure S: c S = 1 mol/l Probelösung = LiOH = Base B: m B =4g, V B = 120 ml Gesucht: c B, V S C B kann direkt berechnet werden: c B = n V B B = mb M V B B = 4g g 24 0,12L mol = 1,4 mol/l 2. Stoffmengenverhältnis anwenden und Werte einsetzen: n s = n B c s V s =c B V B cb * VB V S = =0,167L = 167 ml c S 24

25 46. Aufgabe: Zur Neutralisation von 25 ml Bariumhydroxidlösung unbekannter Konzentration wurden 5 ml Phosphorsäurelösung, c(h3po4) = 0,1 mol/l benötigt. Welche Stoffmenge und welche Masse hat die Bariumhydroxidportion, die in der Lösungsportion gelöst war? 1. RG: 2 H 3 PO Ba(OH) 2 Ba 3 (PO 4 ) H 2 O Gegeben: Probelösung: Ba(OH) 2, = B, V B = 25 ml Masslösung: H 3 PO 4 = S, c S = 0,1 mol/l, V S = 5 ml Gesucht: n B, m B 2. Stoffmengenverhältnis: n n B S 3 2 n B = 2 3 ns n B = 2 3 cs V S n B = ,1mol/L. 0,005 L= 7, mol m B = n B. M B = 7,5*10-4 mol. 171,3g/mol= 0,128g 25

26 47. Aufgabe: 25 ml einer konzentrierten Essigsäurelösung werden in einem Messkolben (V(Messkolben) = 500 ml) verdünnt. 10 ml der verdünnten Essigsäurelösung reagieren mit 12 ml Natronlauge (c(naoh) = 0,2 mol/l). Berechne die Stoffmengenkonzentration der konzentrierten Essigsäure. 1. RG: CH 3 COOH + NaOH CH 3 COO - +Na + + H 2 O Oder : CH 3 COONa Oder : NaCH 3 COO Natriumacetat CH 3 COOH = Säure S NaOH = Base B Gegeben: V S konz = 25 ml, V S verd = 500 ml, V S = 10 ml, V B = 12 ml, c B = 0,2 mol/l Gesucht: c S konz Zuerst muss c sverd der verdünnten Essigsäure berechnet werden, danach muss die Verdünnung berücksichtigt werden! 2. Stoffmengenverhältnis: n S =n B c Sverd V S =c B V B cb * VB c Sverd = = 0,24mol/L V S c Sverd = Stoffmengenkonzentration der verdünnten Lösung!! Verdünnungsfaktor: 500ml/25mL = 20 c S konz = 0,24mol/L* 20 = 4,8 mol/l 26

27 Wichtige Säuren und Basen in Natur und Technik 48. Aufgabe Eine Pille gegen Sodbrennen wird in Wasser gelöst. Dabei entsteht eine Suspension von Magnesiumoxid. Schreiben Sie die Reaktionsgleichung der Reaktion die bei Zugabe von Magensäure (HCl) abläuft. Berechnen Sie die Masse an Magnesiumoxid die zum Neutralisieren von 100mL Magensäure (HCl) der Stoffmengenkonzentration 1 mol/l benötigt wird. RG: 2 HCl + MgO MgCl 2 + H 2 O Gegeben: HCl = Säure S MgO = Base B Vs=100mL, c S =1 mol/l Gesucht: m B Stoffmengenverhältnis: n B /n S =1/2 n B =1/2 n S n B =1/2 c S. V S n B =1/2. 1 mol/l. 0,1 L =0,05 mol m B = n B. M B = 0,05mol. 40,3 g/mol= 2g 27

28 49. Aufgabe: Wasserstoffgas kann durch die Reaktion zwischen Salzsäure und unedlen Metallen wie Zink hergestellt werden. a) Berechnen Sie das Volumen an Wasserstoffgas das durch die Reaktion von 5g Zink mit ausreichend Salzsäure hergestellt werden kann. RG: Zn + 2 HCl ZnCl 2 + H 2 Gegeben: m(zn) = 5g Gesucht: V(H 2 ) Gegebene Stoffmenge berechnen: n(zn)= 5g/ 65,4g/mol= 0,076mol Stoffmengenverhältnis: n(h 2 )/n(zn)=1/1 n(h 2 )= n(zn)= 0,076mol V(H 2 )=n. V M = 0,076mol. 22,4L/mol= 1,71L bei Normbedingungen b) Berechnen Sie die Stoffmenge an Salzsäure die zur Reaktion gebracht wurde. Stoffmengenverhältnis: n(hcl)/n(zn)=2/1 n(hcl)= 2. n(zn)= 2. 0,076mol=0,153mol 28

29 50. Wiederholung a) Berechne den ph-wert von 250 ml einer Lösung, die 12, Hydroxid-Ionen enthält. Stoffmenge n(oh - )= N/N A = 2 mol Stoffmengenkonzentration c(oh - )= n/v Lös = 2mol / 0,25L = 8 mol/l poh=-log c(oh - )=-0,9 ph=14-poh = 14,9 Bemerkung : Im Wasser liegt der ph-wert zwischen 0 und 14, d.h dieses Beispiel ist praktisch nicht möglich. b) Bei der Reaktion einer Säure mit einem Salz entsteht Kohlenstoffdioxid, Wasser und Natriumchlorid. Erstelle die Reaktionsgleichung und die Ionengleichung. RG : Na 2 CO HCl CO 2 + H 2 O + 2 NaCl IG : 2Na + + CO H + + 2Cl - CO 2 + H 2 O + 2 Na + + 2Cl - 29