Stufen, Ampholyte und Konzentrationen — zehn Übungen zu Säuren mit mehreren Protonen.
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Übungsaufgaben
Zehn Übungen von AFB I bis AFB III — jede gibt dir sofort Rückmeldung, bei Schwierigkeiten helfen zwei gestufte Tipps.
A1
Wer ist mehrprotonig?
AFB I
Nennen Sie alle Säuren, die in Wasser mehr als ein Proton abgeben können.
Mehrere Antworten sind richtig. Markiere alle zutreffenden und klicke dann auf „Prüfen“.
Entscheidend ist die Zahl der polar gebundenen H-Atome (O–H), nicht die Gesamtzahl der H-Atome: Essig- und Methansäure haben nur eine Carboxygruppe.
Ansatz: Zählen Sie nur H-Atome, die an Sauerstoff gebunden sind.
Weiter: Eine Carboxygruppe liefert genau ein saures H.
A2
Stimmt's? — Stufen-Serie
AFB I
Entscheiden Sie jeweils, ob die Aussage stimmt.
Fünf Aussagen nacheinander. Eine falsche Einschätzung reicht — dann startest du die Serie mit „Neue Runde“ neu.
Aussage 1 von 5
Mehrprotonig heißt: mehrere saure H-Atome, die nacheinander und immer schwerer abgegeben werden.
Ansatz: Denken Sie an die stufenweise Protolyse.
Weiter: Ein Teilchen ohne saures H kann kein Proton abgeben.
A3
Namen der Stufen
AFB I
Geben Sie die Fachbegriffe für die Teilchen der Schwefligen Säure an.
Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt) — mit Tab und Enter geht es genauso. Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.
Schweflige Säure H₂SO₃ ist . In der ersten Stufe entsteht das -Ion HSO₃⁻, in der zweiten Stufe das -Ion SO₃²⁻. HSO₃⁻ ist ein ; SO₃²⁻ kann nur noch als reagieren.
„Sulfat“ (SO₄²⁻) gehört zur Schwefelsäure — ein O-Atom mehr. Sulfit leitet sich von H₂SO₃ ab.
Ansatz: Mit jedem abgegebenen Proton fällt ein „Hydrogen“ weg.
Weiter: Welches Teilchen hat noch ein H und schon eine negative Ladung?
A4
Zweite Stufe der Oxalsäure
AFB II
Formulieren Sie die Gleichung der zweiten Protolysestufe der Oxalsäure H₂C₂O₄ mit Wasser.
Setze den Bauplan von links nach rechts zusammen. Ein Klick legt den Baustein auf den nächsten freien Platz, ein Klick im Bauplan legt ihn zurück. Enter funktioniert genauso.
In der zweiten Stufe ist das Hydrogenoxalat-Ion die Säure; H₂C₂O₄ ist das Edukt der ersten Stufe. Wasser nimmt das Proton auf und wird zu H₃O⁺.
Ansatz: Welches Teilchen entsteht in der ersten Stufe?
Weiter: Wasser reagiert als Base.
A5
Mix: Säure, Base oder beides?
AFB II
Ordnen Sie die Teilchen zu (vgl. Ampholyte in 3.1.2).
Ziehe jede Karte in den passenden Korb — oder wähle sie mit Enter aus und drücke dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).
1nur Säure
2Ampholyt
3nur Base
Alle Zwischenstufen einer mehrprotonigen Säure sind Ampholyte: Sie haben noch ein saures H und sind zugleich die korrespondierende Base der vorigen Stufe.
Ansatz: Hat das Teilchen noch ein saures H? Kann es eins aufnehmen?
Weiter: Die vollständig deprotonierte Form hat kein saures H mehr.
A6
Rechenkette: Schwefelsäure
AFB II
In Schwefelsäure mit \(c_0 = 0{,}10\) mol/L verläuft die erste Stufe vollständig; von den HSO₄⁻-Ionen protolysieren rund 10 %. Berechnen Sie die Konzentrationen.
Rechne die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft.
\(c(\ce{H3O+})\) nach Stufe 1 =mol/L
\(c(\ce{SO4^2-})\) =mol/L
\(c(\ce{HSO4-})\) im Gleichgewicht =mol/L
\(c(\ce{H3O+})\) gesamt =mol/L
Stufe 1 liefert 0,10 mol/L H₃O⁺ und HSO₄⁻; 10 % davon (0,010 mol/L) geben ein weiteres Proton ab. Insgesamt 0,11 mol/L H₃O⁺ — nicht 0,20 mol/L, wie es „zweiprotonig“ vermuten lässt.
Ansatz: Stufe 1: jedes H₂SO₄ gibt ein Proton ab.
Weiter: Stufe 2: 10 % von 0,10 mol/L.
A7
Welche Stufe ist das?
AFB II
Ermitteln Sie, welcher Vorgang in jeder Gleichung beschrieben wird.
Klicke links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.
Die Stufe erkennt man am Säureteilchen links: Trägt es schon eine negative Ladung, ist es nicht die erste Stufe. In der letzten Gleichung nimmt HSO₃⁻ ein Proton auf.
Ansatz: Welches Teilchen gibt jeweils das Proton ab?
Weiter: Achten Sie darauf, ob H₂O oder H₃O⁺ der Partner ist.
A8
Fehlersuche: Weinsäure
AFB III
Weinsäure C₄H₆O₆ (HOOC–CHOH–CHOH–COOH; pKs₁ = 2,98, pKs₂ = 4,34). Überprüfen Sie die Notizen und markieren Sie die falschen Zeilen.
In diesem Text stecken Fehler. Klicke genau die falschen Zeilen an — die richtigen musst du stehen lassen.
Typischer Fehler: alle O–H-Gruppen als sauer zählen. Nur die Carboxygruppen sind in Wasser merklich sauer.
Ansatz: Welche OH-Gruppen gehören zu Carboxygruppen?
Weiter: Drei Zeilen sind falsch.
A9
Was schwimmt in Oxalsäure-Lösung?
AFB III
Oxalsäure-Lösung, \(c_0 = 0{,}10\) mol/L; pKs₁ = 1,25, pKs₂ = 4,27. Schätzen Sie ab, in welcher Größenordnung die Teilchen vorliegen.
Setze in jeder Zeile das passende Kreuz — hier ist es genau eins pro Zeile. Enter setzt und löscht.
Teilchen
über 10⁻² mol/L
10⁻⁶ bis 10⁻² mol/L
unter 10⁻⁶ mol/L
H₂C₂O₄
HC₂O₄⁻
C₂O₄²⁻
H₃O⁺
OH⁻
Die erste Stufe ist recht stark (pKs₁ = 1,25): rund die Hälfte der Moleküle protolysiert, H₂C₂O₄ ≈ 0,048 mol/L, HC₂O₄⁻ ≈ H₃O⁺ ≈ 0,052 mol/L. Die zweite Stufe liefert nur etwa 5 · 10⁻⁵ mol/L Oxalat. OH⁻ liegt in der sauren Lösung nur in Spuren vor.
Ansatz: Die erste Stufe bestimmt die Hauptteilchen.
Weiter: Die zweite Stufe ist rund 1000-mal schwächer.
A10
Trickaufgabe: Drei H, aber …
AFB III
Phosphonsäure H₃PO₃ hat die Strukturformel HPO(OH)₂. Bestimmen Sie die Stoffmenge Hydroxid-Ionen, die 10 mmol Phosphonsäure vollständig neutralisiert.
Rechne selbst und trage das Ergebnis ein — Enter prüft direkt.
Nur die zwei O–H-Gruppen sind sauer; das direkt an P gebundene H wird nicht abgegeben. Phosphonsäure ist zweiprotonig: n(OH⁻) = 2 · 10 mmol = 20 mmol, nicht 30 mmol.
