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Aufgabensammlung für das Fach Chemie in der Schule

Protolysengleichgewichte: Wenn die Säure mit der Base ...

Tabelle zur Einübung der Berechnung von Puffern mit Lösungshinweisen

Säure Volumen (ml) Konz. (mol/l)	Base Volumen (ml) Konz. (mol/l)	Formel eingesetzt	pH	zugegeben Volumen (ml) Konz. (mol/l)	Formel eingesetzt	pH
HCl 10 0,5				NaOH 5 0,2
	NH₃ 10 0,2
HAc 5 0,6	Ac- 4 0,6			NaOH 1 0,2
HAc 2 0,2				NaOH 4 0,1
	Ac- 50 0,1			HCl 5 1,0
HAc 10 0,1	Ac- 10 0,1			NaOH 10 0,1
NH4+ 10 0,5	NH3 6 0,5			NaOH 4 0,02
	NH3 10 0,4			HCl 10 0,4
HCN 100 0,005				NaOH 50 0,025

Lösungen und Hinweise:

Zeile 1

a) HCl ist eine starke Säure, pH = - log c , pH = 0,301

b) HCl reagiert mit NaOH, der Stoff der im Überschuß vorhanden ist bestimmt den pH-Wert:

5 mmol HCl, 1 mmol NaOH, es bleibt: 4 mmol HCl in 15 ml, pH = -log 0,266, pH = 0,57

Zeile 2

a) Ammoniak ist eine schwache Base, entsprechend ist die Formel hier zu benutzen

pOH = 4,97, pH = 9,02

Zeile 3

a) Hier liegt ein konjugiertes Säure/Base Paar einer schwachen Säure nebeneinander in der Lösung vor: Es handelt sich also um einen Puffer. Entsprechend ist hier die Puffergleichung anzuwenden: Es reicht aus, die vorhandenen mmol Säure und Base zu kennen, diese können direkt in die Puffergleichung eingesetzt werden.

pH = 4,65 ( 2,4 mmol Ac- und 3 mmol HAc) Der pH Wert liegt geringfügig unter dem pKs Wert, da etwas mehr Säure vorhanden ist. Man benutzt das zur Abschätzung, ob die Rechnung korrekt ist, denn pH = pKs wenn c(Säure) = c(konjugierte Base)

b) Zugegeben werden 0,2 mmol NaOH, damit verringert sich die vorgegebene Säure, da NaOH + HAc ----> NaAc + H2O, entsprechend wird die Menge der Base mehr: Berechnung: c(HAc) = 3 - 0,2, c(Ac-) = 2,4 + 0,2, eingesetzt in die Puffergleichung ergibt sich ein pH- Wert von 4,71.

Zeile 4

a) HAc ist eine schwache Säure: pH= 2,72

b) gibt man zu HAc Natronlauge, so reagiert diese mit der NaOH zu NAc. Dabei gibt es zwei Möglichkeiten:

1. Die Menge die zusammengegeben werden sind äquimolar. Dann hat man nur noch mit dem Salz die Base Ac- vorliegen, natürlich mit der entsprechenden Verdünnung. Diese wird entsprechend berechnet und eingesetzt.

hier: pH = 8,78 (zuerst muß der pOH-Wert berechnet werden)

2. Man gibt zu der Säure weniger mol OH- als mol Säure vorhanden sind. Dann liegt ein Puffergemisch vor. pro mol zugegebene OH- Ionen entsteht 1 mol konjugierte Base. Das wird dann entsprechend in die Puffergleichung eingesetzt.

Zeile 5

siehe Zeile 4, hier sind die Verhältnisse nur umgedreht:

a) pH= 8,87

b) pH= 2,89

Zeile 6

a) siehe Zeile 3

Hier liegt der Spezialfall vor, daß Säure und Base in der gleichen Konzentration vorliegen: pH = pKs (4,75)

b) Jetzt hat die gesamte Säure mit NaOH zu NaAc reagiert: Es liegen in 30 ml Lösung vor: 1 mmol NaAc (war vorher schon da) und 1mmol NaAc durch die Reaktion von Essigsäure mit Natronlauge: 2 mmol in 30 ml, als pH = 8,78

Zeile 7

a) siehe Zeile 3

pH = 9,028

b) siehe Zeile 3

pH = 9,04

Zeile 8

a) pH = 9,17

b) pH = 4,97 Säure und Base sind einander äquivalent.

Zeile 9

a)pH = 5,85

b) pH = 11,7 Die Aufgabe ist so ohne weiteres nicht lösbar, da mehr NaOH zugegeben wird als Säure vorhanden ist. Also bestimmt nur die Menge an vorhandener NaOH den pH - Wert der Lösung. (c(OH-) = 0,005)