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Übung — AFB I (Reproduzieren)

Zehn Grundaufgaben von Brønsted bis zur Titration — wer sie sicher löst, hat die ersten Punkte der Klausur III schon.

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Aufgabenblock — AFB I

Zehn Standardaufgaben zum Reproduzieren: Regel kennen, Werte einsetzen, Ergebnis angeben. Das sind die sicheren Punkte in jeder Klausur — vom Protonenübergang über den pH-Wert bis zur Titration und zur Salzformel. Zahlen gibst du mit Komma ein, negative Ladungszahlen mit Minuszeichen.

A1
pH-Wert aus der Konzentration
AFB I

Eine Regenwasserprobe enthält \(c(\mathrm{H_3O^+}) = 0{,}00001\,\mathrm{mol/L}\). Bestimme ihren pH-Wert.

pH-Wert: \(\mathrm{pH} = -\lg \dfrac{c(\mathrm{H_3O^+})}{\mathrm{mol/L}}\). Schreibe die Konzentration zuerst als Zehnerpotenz: \(0{,}00001 = 10^{?}\).
Lösung anzeigen
\(0{,}00001\,\mathrm{mol/L} = 10^{-5}\,\mathrm{mol/L}\), also pH = 5 — schwach sauer.
0714Regen
Die Probe liegt im sauren Bereich
A2
Freie Elektronenpaare im Oxonium-Ion
AFB I

Bei der Reaktion von Chlorwasserstoff mit Wasser bindet ein Wassermolekül das Proton. Nenne die Anzahl der freien Elektronenpaare, die das O-Atom im entstandenen Oxonium-Ion \(\mathrm{H_3O^+}\) noch besitzt.

Paar(e)
Lewis-Formel: Das O-Atom im Wassermolekül hat zwei freie Elektronenpaare. Eines davon wird zur neuen Bindung zum Proton.
Lösung anzeigen
Im Wassermolekül: 2 Bindungen + 2 freie Paare. Ein Paar bindet das Proton: 3 Bindungen + 1 freies Elektronenpaar. Das O-Atom erfüllt weiter die Edelgasregel.
Oxonium-IonOHHH+
Oxonium-Ion: blau das freie Elektronenpaar
A3
Ladung nach der Protonaufnahme
AFB I

Das Carbonat-Ion \(\mathrm{CO_3^{2-}}\) aus Kalk nimmt ein Proton auf. Gib die Ladungszahl des entstehenden Teilchens an.

Ladungsprobe: Nimmt ein Teilchen ein Proton auf, steigt seine Ladung um \(+1\): aus \(-2\) wird \(-2 + 1\).
Lösung anzeigen
\(\mathrm{CO_3^{2-} + H^+ \longrightarrow HCO_3^-}\): Es entsteht das Hydrogencarbonat-Ion mit der Ladungszahl −1.
CO₃²⁻ + H⁺ ⟶ ?Ladung vorher: −2Proton bringt: +1
Ladungen bilanzieren
A4
pH-Wert einer Lauge
AFB I

Eine verdünnte Natronlauge enthält \(c(\mathrm{OH^-}) = 0{,}0001\,\mathrm{mol/L}\). Berechne ihren pH-Wert (25 °C).

Ionenprodukt des Wassers: \(c(\mathrm{H_3O^+}) \cdot c(\mathrm{OH^-}) = 10^{-14}\,\mathrm{mol^2/L^2}\). Setze ein: \(c(\mathrm{H_3O^+}) = \dfrac{10^{-14}}{10^{-4}}\,\mathrm{mol/L}\).
Lösung anzeigen
\(c(\mathrm{OH^-}) = 10^{-4}\,\mathrm{mol/L}\), also \(c(\mathrm{H_3O^+}) = 10^{-14-(-4)} = 10^{-10}\,\mathrm{mol/L}\). pH = 10 (kurz: \(14 - 4\)).
A5
pH nach dem Verdünnen
AFB I

10 mL Salzsäure mit pH 1 werden mit Wasser auf 10 L aufgefüllt, also 1 : 1000 verdünnt. Ermittle den pH-Wert der verdünnten Lösung.

Verdünnungsregel: Jede Verdünnung 1 : 10 macht \(c(\mathrm{H_3O^+})\) zehnmal kleiner — der pH-Wert steigt um 1. Wie viele Zehnerschritte stecken in 1 : 1000?
Lösung anzeigen
\(1000 = 10^3\): drei Zehnerschritte. \(c(\mathrm{H_3O^+})\): \(10^{-1} \to 10^{-4}\,\mathrm{mol/L}\), also pH = 4.
pH 11 : 10pH 21 : 10pH 31 : 10pH 4
Drei Zehnerschritte
A6
Äquivalenzpunkt ablesen
AFB I

Die Abbildung zeigt die Titrationskurve einer Salzsäure-Probe mit Natronlauge. Lies das Volumen an Natronlauge am Äquivalenzpunkt ab.

mL
Äquivalenzpunkt: Der Äquivalenzpunkt liegt in der Mitte des steilen pH-Sprungs, bei pH 7. Folge der Linie senkrecht nach unten zur Volumen-Achse.
Lösung anzeigen
Der Sprung liegt senkrecht über der Marke 15 mL: V = 15 mL. Hier gilt \(n(\mathrm{OH^-}) = n(\mathrm{H_3O^+})\).
0246810120510152025V(Natronlauge) in mLpH
Titrationskurve (Salzsäure mit Natronlauge)
A7
Konzentration aus der Titration
AFB I

25 mL Salzsäure werden mit Natronlauge (\(c = 0{,}1\,\mathrm{mol/L}\)) titriert. Bis zum Farbumschlag von Bromthymolblau werden 20 mL verbraucht. Werte die Titration aus: Gib die Konzentration der Salzsäure an.

mol/L
Titrationsformel: \(c_\text{S}\cdot V_\text{S} = c_\text{L}\cdot V_\text{L}\), also \(c_\text{S} = \dfrac{c_\text{L}\cdot V_\text{L}}{V_\text{S}} = \dfrac{0{,}1\cdot 20}{25}\,\mathrm{mol/L}\).
Lösung anzeigen
\(c_\text{S} = \dfrac{0{,}1\,\mathrm{mol/L}\cdot 20\,\mathrm{mL}}{25\,\mathrm{mL}}\) = 0,08 mol/L. Die Milliliter kürzen sich weg.
Bürette(Natronlauge)Säure + Indikator
Aufbau einer Titration
A8
Stoffmenge an Hydroxid-Ionen
AFB I

In 1 L Wasser werden 2 g Natriumhydroxid gelöst (\(M(\mathrm{NaOH}) = 40\,\mathrm{g/mol}\)). Bestätige durch Rechnung, dass die Lösung 0,05 mol Hydroxid-Ionen enthält. Gib \(n(\mathrm{OH^-})\) ein.

mol
Stoffmenge: \(n = \dfrac{m}{M}\). Beim Lösen gilt \(\mathrm{NaOH \longrightarrow Na^+ + OH^-}\): pro Formeleinheit ein Hydroxid-Ion.
Lösung anzeigen
\(n(\mathrm{NaOH}) = \dfrac{2\,\mathrm{g}}{40\,\mathrm{g/mol}} = 0{,}05\,\mathrm{mol}\); jede Formeleinheit liefert ein \(\mathrm{OH^-}\): n(OH⁻) = 0,05 mol.
A9
Formel eines Salzes
AFB I

Kaliumphosphat ist ein Düngersalz aus Kalium-Ionen \(\mathrm{K^+}\) und Phosphat-Ionen \(\mathrm{PO_4^{3-}}\). Stelle die Formel auf und gib an, wie viele Kalium-Ionen auf ein Phosphat-Ion kommen.

Salzformel: Die Ladungen müssen sich zu null ergänzen: \(x\cdot(+1) + 1\cdot(-3) = 0\).
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Drei positive Ladungen gleichen die dreifach negative Ladung aus: \(\mathrm{K_3PO_4}\), also 3 Kalium-Ionen pro Phosphat-Ion.
A10
Neutralisationsgleichung
AFB I

Salpetersäure wird mit Calciumhydroxid neutralisiert: \(\square\,\mathrm{HNO_3 + Ca(OH)_2 \longrightarrow Ca(NO_3)_2} + \square\,\mathrm{H_2O}\). Stelle die ausgeglichene Gleichung dar und gib den Koeffizienten vor Wasser an.

Neutralisation: Pro abgegebenem Proton entsteht ein Wassermolekül. \(\mathrm{Ca(OH)_2}\) liefert zwei \(\mathrm{OH^-}\) — also braucht man zwei \(\mathrm{HNO_3}\).
Lösung anzeigen
\(\mathrm{2\,HNO_3 + Ca(OH)_2 \longrightarrow Ca(NO_3)_2 + 2\,H_2O}\): Koeffizient = 2. Probe: links 2 N, 8 O, 4 H — rechts ebenso.