a) pk B = 0 4: mittelstarke Basen b) pk B > 4: schwache Basen poh

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1 ph-werte von Säuren, asen, Salzen und Pufferlösunen Fachschule für Technik Sofern nicht anderweiti aneeben elten die pk S-Werte aus dem Tabellenblatt. ph-werte als Enderebnisse sind auf 1 oder Stellen zu runden, Gehalts- und Massenanaben nach chemischer Vernunft. Die erechnunen fußen auf folenden Formeln: pk S < 0: starke Säuren c(h O + c 0(HA pk <0: starke asen c(oh c 0( (ilt für protolysierende asen: +H O H + + OH c 0: Anfanskonzentration/Gesamtkonzentration der Säure/ase, c(x: 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. ph-wert starker Säuren und asen 1.1 erechnen Sie den ph-wert folender ösunen a pk = 0 : mittelstarke asen K K c( OH K c0 ( b pk > : schwache asen c( OH K c ( ase 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 0 pk l c0 ( ase 1. Welche Konzentration c(hcl hat eine Salzsäure, deren ph-wert mit ph = 5,6 emessen wurde? 1. Welchen ph-wert und welche Konzentration hat eine Chlorsäurelösun HClO wenn c(oh = 1, 10 1 milli/ beträt? pk S = -,7 1. Welche Masse an NaOH ist in 000 m Natronlaue mit dem ph-wert 10,5 enthalten? 1.5 erechnen Sie den ph-wert einer Kalilaue mit der Massenkonzentration β(koh = 0,50 /. 1.6 Eine esättite Calciumhydroxidlösun (Annahme: Salz dissoziiert beim ösen vollständi in Ionen besitzt ph = 1,6. erechnen Sie die Massenkonzentration einer solchen esättiten ösun in /. 1.7 Eine Natronlaue besitzt den Massenanteil w %(NaOH = 1,9 %. erechnen Sie dem ph-wert 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.. ph-wert schwacher und mittelstarker Säuren und asen.1 erechnen Sie den ph-wert folender wässerier ösunen a Essisäure, c(ch COOH = 0,015 / b Ameisensäure, c(hcooh = 0,05 / c Ammoniaklösun, c(nh = 0,50 / d Trichloressisäure, c(ccl COOH = 0,55 /. 8,5 Propansäure (pk S =,9 werden zu,0 aufefüllt. Welchen ph-wert hat die ösun?. Eine Ameisensäurelösun hat den ph-wert,. erechnen Sie die Massenkonzentration β(hcooh der ösun.. ph-wert-erechnun von Salzen.1 erechnen Sie folende ph-werte a Natriumacetatlösun mit c(naac = 0, / d Ammoniumsulfatlösun mit c(nh SO = 0, / b Calciumacetatlösun mit c(caac = 0, / e Natriumfluorid mit c(naf = 0,5 / c Ammoniumchloridösun mit c(nh Cl = 0, / f Natriumethanolat c(naet = 1,0 /, Ethanolate: Salze des Ethanols, pk S(Ethanol = 18,0. Eine Natriumbenzoat-ösun hat den ph-wert von ph = 9,0. Welche Stoffmenenkonzentration befindet sich in der ösun? enzoate sind Salze der enzoesäure (C 6H 5-COOH. Wie hoch ist die Massenkonzentration an Kaliumtrichlorethanolat, wenn der ph-wert der ösun ph = 11,0 beträt? Trichlorethanolate sind Salze des Trichlorethanols. pk S (Trichlorethanol = 1,. M(Kaliumtrichlorethanolat = 187,50 /.

2 . Welchen Masse an Kaliumpropionat müssen in 1500 m Wasser elöst werden, um ph = 8,6 zu erreichen? M(CH -CH - COOK = 1,178 /. Propionate (Propanoate sind Salze der Propansäure (pk S =,9..5 Eine 0,5-are ösun eines Salzes einer ase besitzt ph = 1,. erechnen Sie den K -Wert der ase.. ph-wert von Pufferlösunen.1 Der PS-Puffer ( phosphate buffer saline, zu deutsch etwa Phosphat-epufferte Salzlösun 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: β(nacl = 8,0 /, β(kcl = 0, /, β(na HPO = 1, / und β(kh PO = 0, /. erechnen Sie den ph-wert der ösun mit der Pufferleichun, wenn man den Einfluss von KCl und NaCl vernachlässit.. In einem 1000 m-messkolben werden n = 0,1 Essisäure und n = 0,1 Natriumacetat CH COONa eeben und mit H O bis zur Marke aufefüllt. a Welchen ph-wert hat die entstehende Pufferlösun? b Erklären Sie die Pufferwirkun anhand eeineter Reaktionsleichunen.. In jeweils 50 m Ammoniak-ösun der Konzentration c(nh = 1,00 / werden: a 10,0 Ammoniumchlorid NH Cl ODER b 0,0 Ammoniumchlorid NH Cl elöst. Welchen ph-wert hat die jeweils entstehenden Pufferlösun rechnerisch, wenn man Volumeneffekte durch Salzzuabe vernachlässit?. Welcher ph-wert stellt sich ein, wenn in 50 m Ameisensäure-ösun der Konzentration c(hcooh = 0,5 /, eine Portion von,50 Natriumformiat (HCOONa elöst wird? Hinweis: Volumeneffekte werden vernachlässit..5 Welche Konzentration an Ammoniumchlorid muss in eine Ammoniak-ösun c(nh = 0,010 / einebracht werden, um eine Pufferlösun mit ph= 8,5 zu erhalten?.6 Welche Masse an Natriumacetat muss 500 m einer Essisäure-ösun der Konzentration c(ch COOH = 0,05 / zuesetzt werden, damit eine Pufferlösun mit ph = 5,0 erhalten wird? 5. Gemischte Aufaben und Klassenarbeitsfraen veranener Jahre 5.1 erechnen Sie den ph-wert folender ösunen a Maensaft, c(hcl 0,1 / c Trimethylamin mit c = 00 m/, (K = 5, / 5. Geben Sie die Namen und die Summenformeln an, von b enzolsulfonsäurelösun 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 eründen Sie, warum sich die Salze schwacher/starker Säuren/asen in dieser Eienschaft unterscheiden! 5. erechnen Sie die in den Klammern aneeben Größen. a Chlorsäure (HClO mit β(hclo = 100 m/, [ph und c(oh ] b Monochloressisäure mit ph =,8. [c 0(Monochloressisäure], K S = 1, 10 / 5. öst man in einer Milchsäure-ösun (CH -CH(OH-COOH, K S = 1, 10 / eine erine Mene NaOH auf, so entsteht eine Pufferlösun. a Geben Sie allemein die estandteile einer Pufferlösun an und beründen Sie mit einer passenden Reaktionsleichun und dazuehöriem Text, dass hier eine solche ösun entsteht. b Welcher ph-wert 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 ase? 5.5 In Wasser wird Essisäure elöst, so dass die Konzentration c 0(HAc = 0,0 milli/ beträt. a erechnen Sie die enaue H O + -Konzentration, den enauen ph-wert (auf Nachkommastellen und den enauen Protolyserad α (beides ohne Verwendun von Näherunsformeln b Warum liefert die Näherunsformel für die ph-wert-erechnun in diesem Fall einen stärker abweichenden Wert? c Wie verändert sich der Protolyserad α, wenn man die einetraene Konzentration c 0(HAc erhöht? eründen Sie! 5.6 eründen Sie ausführlich, warum der ph-wert einer 0,05-aren Schwefelsäure, einer 0,05-aren Perchlorsäure und einer 0,05-aren Salzsäure sehr ähnlich sind, obwohl die drei Säuren deutliche Unterschiede in den pk s-werten und/oder der Anzahl der abspaltbaren Protonen besitzen. 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 => c(h O + = 1 / => ph = - l 1 0 a vollständie Protolyse => c(h O + = 0,00 / => ph = - l 0,00,5 Da die. Protolysestufe nun eine untereordnete Rolle spielt, kann sie näherunsweise vernachlässit werden. Der tatsächliche ph-wert kann um ca. 0,1 ph-wert.einheiten vom berechneten Erebnis abweichen. b vollständie Protolyse => c(h O + = 0,1 / => ph = - l 0,1 1 d a vollständie Protolyse => c(h O + = 0,5 / => ph = - l 0,5 0,0 ph = 5,6 => c(h O + = 10-5,6 / =, 10 6 / => c(hcl = c(h O + =, 10 6 / c( HO c( OH 10 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 c(oh = 10,5 / 0,00016 / Da in 1 NaOH-Formeleinheit enau 1 OH enthalten ist: c(naoh = c(oh 0,00016 / In s enthaltene Stoffmene NaOH: n( NaOH c( NaOH V ( s 0, ,0006 Umrechnun in Masse: m(naoh=0,0006 9,9971 / 0, Hier der ösunswe: Zuerst c(koh berechnen. Daraus auf c(oh schließen. Dann kann poh und ph-wert berechnet werden. Erebnis: ph 11, ph = 1,6 => poh = 1 1,6 = 1, c(oh = 10 1, / 0,09811 / Da in 1 Ca(OH -Formeleinheit enau OH enthalten ist: c(ca(oh : = c(oh 0, / β(ca(oh = c(ca(oh M(Ca(OH =0, / 7,09 / 1,75 /

4 1.7 0, 0191,015 c( NaOH 0, ,78 9,9971 ( NaOH w( NaOH ( s cm M ( NaOH M ( NaOH cm c(oh = c(naoh 0,78 /. poh -l 0,78 0, => ph 1, Weil Chlorsäure eine starke Säure ist, ilt: c(hclo 10 ph Konzentrat: c 1(HClO 10, 0,00981 / Verdünnun: c (HClO 10 5,0 0,00001 / Mischunsleichun: c V 0, m 1 1 c1 V1 c V V 981m c 0, 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 S =,76 => Es kann die Formel für schwache Säuren anewendet werden,76 l 0,015 ph,9 b pk S(Ameisensäure =,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 (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 S(Trichloressisäure = 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. n(propionsäure 8,5 c(propionsäure= = 0, M(Propionsäure V(s 7,079 pk S,9 => Es kann die Formel für schwache Säuren einesetzt werden.,9 l 0, ph,1

5 . c(h 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, ,8 10 ( (1,8 10 7, ,8 10 c( HCOOH (1, , ,8 10 c( HCOOH 7 5, ,8 10 c( HCOOH,810 c( HCOOH ( HCOOH c( HCOOH M ( HCOOH 0,1.1 a + b pks ( HAc,75 (Tabellenwert pk ( Ac 1,756 9,5 ; Merke: pk S(Säure +pk (korrespondierende ase = 1 (bei C Da pk >, lässt sich die Näherunsformel für schwache asen benutzen. poh pk l c0 ( ase ac(naac = 0, / c(ac = 0, / 9, 5 l 0, poh, 97 ph 1, 97 ph 9, 0 b c(caac = 0, / c(ac = 0, / = 0, / 9, 5 l 0, poh, 8 ph 1, 8 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 pk ( NH,75 pk ( NH 9,5 S Da pk S >, kann die entsprechende Näherunsformel benutzt werden. c c(nh Cl = 0, / c(nh + = 0, / ph pks l c0 ( Säure 9, 5 l 0, ph, 89 d c((nh SO = 0, / c(nh + = 0,6 / Eine Formeleinheit des Salzes enthält NH + -Ionen

6 9, 5 l 0, 6 ph, 7.1e pk S =,5 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 S(Ethanol = 18 pk (Ethanolat = 1 18 = Da pk < 0, kann man von einer starken ase ausehen und die entsprechende Näherunsformel benutzen. c(oh c(ethanolat 1 / poh l(c(oh 0, ph = 1 poh 1. Nr.. Da pk >, lässt sich die Näherunsformel für schwache asen benutzen. ph = 9,0 poh = 5,0 9, 80 l c0 ( ase 0, 5, 0 0, l c0 ( ase 10 c0 ( ase c0 ( ase 0, 61 Nr.. pk S(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 c(oh = 10,0 = 0,001 / Zur vereinfachten Schreibweise werden die Einheiten in den Zwischenschritten der Rechnun weelassen. K K c( OH K c0( 0, , , 001 0, c0( 0, , , c0 ( Quadrierun 0, c0 ( 0, , , c0 ( c(trichlorethanolat = c(kaliumtrichlorethanolat = 0, /

7 c M 0, ,50 0,198 Nr.. pk S(Propansäure =,9 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, 1, 7 l c0 ( ase 10 c0 ( ase c0 ( ase 0, c(propionat=c(kaliumpropionat=0,01995 / n(kprop m(kprop c(kprop m(kprop= c(kprop M (KProp V ( s, 7 V ( s M (KProp V ( s Nr..5 vor Protolyse 0,5 H + + H O + H O + nach Protolyse 0,5-0,05 = 0, 0,05 0,05 c( HO c( A 0, 05 KS ( H 0, 015 c( H 0, 1 10 K ( , , ( NaHPO c( HPO c( NaHPO 0,0101 = c(korr. ase M ( NaHPO 11,959 c H PO 0, ( KH PO = c (korr. Säure 16, 085 ( c( KHPO 0, M ( KH PO 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

8 factors, primarily on the ionic strenth of the media. For example, calculation of ph of phosphate-buffered 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: Sind die Stoffmenenkonzentration an Säure und korrespondierendem Salz leich roß, kürzt sich der l-term heraus. Der ph-wert des Puffers entspricht dem pks-wert des Puffers. b siehe Unterlaen.. ph pk NH c( NH S ( l c ( NH 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.

9 ph= pk S (NH + +l c(nh c (NH + pk (NH + s =1 pk (NH 9,5 8,5=9,5+l 0,01 0,01 0,75=l c(nh + c (NH ,75 = 0,01 c (NH + c (NH + 0, 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 0, 5 l 10 1, 778 c( Ac 1, 778 c( HAc c( HAc c( HAc c( HAc c( HAc c( Ac 1, 7780, 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 c(h O + - l c(hcl 0,85 5. Trimethylamin => pk,0,0 l 0, poh,7 ph 1, 7 11,5 enzolsufonsäure pk S 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 Säuren, wie z.. HCl, haben eine roße Tendenz Protonen abzueben. Umekehrt haben die entstehenden Säurerestionen starker Säuren (hier z.. 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.. HAc haben hineen nur eine erine Tendenz Protonen (H + abzuspalten. öst man die Salze schwacher Säuren in Wasser (hier z.. 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 ( HClO 0,1 ( 0,00118 M ( HClO 8, 588 da starke Säure => c(h O + 0,00118 / ph,9 => poh 11,07 => c(oh 10 11,07 8, / b K S = 1, 10 / => pk S,85 => mittelstarke Säure

10 c(h O + = 10,8 1, / KS KS c( HO KS c0( HA => KS KS c( HO K S c ( HA, => 1, , 10 (1, 10 1, 10 c ( HA, a Eine Pufferlösun entsteht, wenn in einer wässerien ösun einer schwachen oder mittelstarken Säure und die korrespondierende ase dazu in ähnlichen Konzentrationen vorlieen. CH -CH(OH-COOH + OH CH -CH(OH-COO Durch Zuabe von etwas NaOH, wird ein Teil der Milchsäureeküle in actat-ionen umewandelt, so dass beide benötiten estandteile für eine Pufferlösun (Säure + korrespondierende ase nebeneinander vorlieen. b c( actat x 1 ph pks ( Milchsäure l,85 l,85 l, 5 c( Milchsäure x K 1,75 10 (1,75 10 S K S ( 0 ( c H O KS c HA 1, , , c( HO ph l c( HO l 11,9110,9. 0,596 c0 ( HAc 0,0 10 b ei 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 c(ha c 0(HA 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 S-Wert besitzen, protolysieren vollständi in H O +. Wie stark die Säure dabei enau ist, spielt keine Rolle, weil sie in jedem Fall vollständi protolysiert. ei leicher Säurekonzentration c 0(HA entsteht in jedem Fall dieselbe H O + -Konzentration bzw. derselbe ph-wert. 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.