H B H H

Lösungen zum Repetitorium zum Thema „Säure/Base-Reaktionen“
1) In gewissen Fällen kann eine potentielle Säure die Rolle einer Base übernehmen.
a) Wie ist das überhaupt möglich? Erkläre in drei, vier Sätzen.
Eine potentielle Säure muss mindestens ein kovalent gebundenes H-Atom
enthalten; als potentielle Base braucht es mindestens ein nichtbindendes
Elektronenpaar. Diese zwei Bedingungen schliessen einander nicht aus, so dass
sie in einem Teilchen vereint sein können; also: ein Teilchen kann sowohl als
potentielle Säure kann auch als Base fungieren und umgekehrt.
b) Welche der folgenden Teilchen sind potentielle Säuren, welche potentielle Basen,
welche beides und welche keines von beidem? Zeichne zur Beantwortung jeweils
die korrekte Lewis-Formel des Teilchens.
a) HCN
Im HCN-Molekül ist sowohl ein kovalent gebundenes H-Atom enthalten, als auch
ein nichtbindendes Elektronenpaar am N-Atom (hier nicht eingezeichnet). HCN
ist demnach eine potentielle Säure und potentielle Base. H C N
b) CH4O Im CH4O-Molekül sind sowohl kovalent gebundene H-Atome enthalten, als auch
nichtbindende Elektronenpaare am O-Atom (hier nicht eingezeichnet). CH4O ist
demnach eine potentielle Säure und potentielle Base.
C O
c) BH3 H H
Im BH3-Molekül sind kovalent gebundene H-Atome enthalten, hingegen enthält
das Molekül kein nichtbindendes Elektronenpaar. BH3 ist demnach nur eine
potentielle Säure, nicht aber eine potentielle Base.
H B
d) C3H6 H
Im C3H6-Molekül sind kovalent gebundene H-Atome enthalten, hingegen enthält
das Molekül kein nichtbindendes Elektronenpaar. C3H6 ist demnach nur eine
potentielle Säure, nicht aber eine potentielle Base.
C C
C
2) Nitriersäure, ein Gemisch aus Schwefelsäure und Salpetersäure, wird für die
Herstellung von Nitroverbindungen verwendet. Im ersten Schritt zur Herstellung von
Nitriersäure reagieren Schwefelsäure- mit Salpetersäure-Molekülen.
a) Welches Teilchen übt in dieser Reaktion die Funktion einer Säure, welches
diejenige einer Base aus? Begründe Deinen Entscheid unter Einbezug der Säure-
/Base-Reihe.
Da Schwefelsäure die stärkere der beiden Säuren ist (sie steht in der Säure-/Base-Reihe
in der Säurespalte weiter oben als Salpetersäure), übt sie in der angesprochenen
Reaktion die Funktion einer Säure aus. Salpetersäure ist somit in dieser Reaktion für
einmal die Base.
b) Notiere die Reaktionsgleichung dieser Reaktion.
– +
H2SO4 + HNO3 HSO4 + H2NO3 H
H H
H
H
H
H
H
H

3) Welches der Teilchen HOCl und HOI ist die stärkere Säure? Begründe Deine Antwort.
Beantworte diese Frage ohne Einbezug der Säure-Base-Reihe.
Die Säure-, resp. Basestärke eines Teilchens wird
durch zwei Faktoren bestimmt:
durch die Polarität der Bindung zum H-Atom (und auch durch allfällige
elektronenziehende oder –stossende Atome in der Nachbarschaft) und durch die Grösse
des Atomes, woran das H-Atom gebunden ist.
Das H-Atom ist in beiden Fällen an ein O-Atom gebunden; der Faktor Grösse fällt
somit weg; die Polarität muss entscheidend sein für einen Unterschied.
Da das Cl-Atom stärker elektronenziehend ist als das I-Atom (ENCl = 3.0; ENI = 2.5),
werden die Elektronen der OH-Bindung im HOCl im Vergleich zum HOI noch stärker
vom H-Atom weggezogen. Dadurch lässt sich das H + -Ion im HOCl leichter abspalten
als im HOI => HOCl ist die stärkere Säure als HOI.
4) Formuliere für folgende Systeme jeweils die Reaktionsgleichung der Säure-/Base-
Reaktion:
a) Benzoesäure reagiert mit Kupfersulfat (CuSO4). 2–
C6H5COOH + SO4 C6H5COO – –
+ HSO4 oder
2 C 6H 5COOH + 2 CuSO 4
Cu(C 6H 5COO) 2 + Cu(HSO 4) 2
Die Metall-Kationen (hier: Cu 2+ ) nehmen an der Säure-/Base-Reaktion nicht teil,
können deshalb von der Reaktionsgleichung ausgeschlossen werden.
b) Natriumhypochlorit (NaClO) reagiert mit Fluorwasserstoff.
HF + ClO –
F – + HClO
oder
HF + NaClO NaF + HClO
Die Metall-Kationen (hier: Na + ) nehmen an der Säure-/Base-Reaktion nicht teil, können
deshalb von der Reaktionsgleichung ausgeschlossen werden.
5) Rhodanwasserstoffsäure (HSCN) und Kaliumfluorid (KF) werden in gleichen
Konzentrationen zu Wasser gegeben.
a) Welche der drei möglichen Säure-/Base-Reaktionen ist die dominanteste von
allen?
I) HSCN + F –
SCN – + HF
KC = pK = pKS(HSCN) – pKS (HF) = 0.86
K = 10 -0.86 c(SCN
(= KC) – ) x c(HF)
c(HSCN) x c(F – )
II) HSCN + H2O SCN – + H3O +
KC = pK = pKS(HSCN) – pKS (H3O + ) = 5.74
K = 10 -5.74 c(SCN
(= KC) – ) x c(H3O + )
c(HSCN) x c(H2O) III) H 2O + F –
OH – + HF
KC = pK = pKS(H2O) – pKS (HF) = 12.6
K = 10 -12.6 c(OH
(= KC) – ) x c(HF)
c(F – ) x c(H2O) H O Cl H O I
Eine Reaktion ist umso stärker, je grösser K (= K C), also je kleiner pK der
entsprechenden Reaktion. Da Reaktion I den kleinsten pK-Wert aufweist, handelt es
sich hierbei um die dominanteste aller drei betrachteten Reaktionen.

) Erwartest Du eine saure, neutrale oder basische Lösung? Begründe Deine
Antwort.
Nur die Reaktionen II und III beeinflussen den pH-Wert (durch Bildung von H 3O + , resp.
OH – ). Da die Reaktion II etwas stärker abläuft als Reaktion III, bildet sich etwas mehr
H 3O + als OH – , wodurch eine saure Lösung resultiert.
6) Formuliere die Reaktionsgleichung der Autoprotolyse von Salpetersäure (HNO3). – +
HNO3 + HNO3 NO3 + H2NO3 oder
– +
2 HNO3 NO3 + H2NO3 7) Vervollständige die untenstehende Tabelle (ohne Taschenrechner):
c(H3O + )
[mol/L]
10 -3
10 -5
10 -10
pH-Wert 3 5 10 1
c(OH – )
[mol/L]
10 -11
10 -9
10 -4
pOH-Wert 11 9 4 13
Art der Lösung
(sauer, neutral, basisch)
10 -1
10 -13
sauer sauer basisch sauer
8) Vervollständige die untenstehende Tabelle (mit Taschenrechner):
c(H3O + )
[mol/L]
4 x 10 -9
1.58 x 10 -13
1.11 x 10 -9
1.26 x 10 -10
pH-Wert 8.4 12.8 8.95 9.9
c(OH – )
[mol/L]
2.51 x 10 -6
0.063 9 x 10 -6
7.94 x 10 -5
pOH-Wert 5.6 1.2 5.05 4.1
Art der Lösung
(sauer, neutral,
basisch)
basisch basisch basisch basisch
9) Berechne den pH-Wert einer wässrigen Lösung von Natriumsulfat der
Anfangskonzentration 0.2 mol/L.
2-
pOH = 1/2 (pKB – log c0(SO4 ))
2-
pKB(SO4 ) = 14 – 1.92 = 12.08; pOH = 6.39 => pH = 7.61
10) 100 mL einer wässrigen Salpetersäure-Lösung der Konzentration 0.1 mol/L sollen mit
Calciumhydroxid neutralisiert werden. Wieviel mL Ca(OH) 2(aq.) der Konzentration 0.2
mol/L werden dazu benötigt? Welche Produkte entstehen dabei?
Jeweils 1 Teilchen Ca(OH) 2 (= Lauge) neutralisiert 2 Teilchen Salpetersäure. Es braucht
also an Ca(OH) 2-Teilchen insgesamt die Hälfte der zu neutralisierenden Salpetersäure-
Teilchen. Wären die beiden Lösungen gleich konzentriert, müsste man die Hälfte des
Salpetersäure-Volumens verwenden. Da aber die Konzentration der Lauge doppelt so
hoch ist, wie diejenige der Säure, benötigt man einen Viertel des Laugenvolumens, also
25 mL.
Es entstehen Wasser und Calciumnitrat (H 2O und Ca(NO 3) 2).

11) Es soll eine Pufferlösung mit pH 9 hergestellt werden. Welches Pufferpaar eignet sich
dazu? In welchem Konzentrationsverhältnis muss man die Komponenten des
Pufferpaares wählen, so dass man den richtigen pH-Wert erhält?
Da der pKS des Ammoniumions dem gewünschten pH-Wert sehr nahe liegt, bietet sich
+
der Einsatz des Säure-/Base-Paares NH4 /NH3 an.
Puffergleichung: pH = pKS – log[c(HA)/c(A – )]
oder pH = pKS + log[(c(A – )/c(HA)]
0.2 = log[c(HA)/c(A – )] beide Seiten logarithmieren
10 0.2 = [c(HA)/c(A – )] = 1.58
+
=> Die Konzentrationen an NH4 und NH3 müssen für einen pH-Wert von 9 im
Verhältnis 1.58 : 1 gewählt werden.
12) Bei der Titration von 8 mL Essig mit Natronlauge der Konzentration 0.1 mol/L steigt
nach Zugabe von 21 mL der pH-Wert sprunghaft an. Berechne den Säuregehalt des
Essigs in mol/L.
In 21 mL NaOH der Konzentration 0.1 mol/L hat es 0.0021 mol OH – -Ionen. Unter der
Annahme, dass die Säureteilchen im Essig mit OH – im Verhältnis 1:1 reagieren, folgt,
dass die 8 mL Essig 0.0021 mol Säureteilchen enthielten => 0.263 mol/L Säure.
13) Kreuze korrekt an.
wahr falsch
In einer basischen Lösung gibt es sowohl OH – -, als auch H3O +
-Ionen.
Eine wässrige Lösung mit dem pH-Wert 7.4 enthält mehr OH – -Ionen als
eine wässrige Lösung mit c(OH – ) = 3 x 10 -10 mol/l?
Der pH-Wert von reinem Hexan ist 7. (pH-Wert ist nur für wässrige
Lösungen definiert!!)
Die Konzentration an H3O + X
X
X
X
X
-Ionen ist in einer Lösung mit dem pH-Wert
4 doppelt so gross als in einer Lösung mit dem pH-Wert 8.
Die Gleichgewichtslage der Säure-/Base-Reaktion von Salpetersäure
mit Ammoniak liegt auf der rechten Seite.