Probeklausur

Erwartungshorizont:

• a) Säure/Base-Paare unterscheiden sich um ein Proton und stehen auf verschiedenen Seiten; freie H⁺ gibt es in Wasser nicht. (2 BE)
• b) \(c(\ce{H3O+}) = c(\ce{A-}) = 10^{-2{,}88} \approx 1{,}32 \cdot 10^{-3}\,\text{mol/L}\); \(K_\mathrm{S} = \dfrac{(1{,}32 \cdot 10^{-3})^2}{0{,}10 - 0{,}00132} \approx 1{,}76 \cdot 10^{-5}\,\text{mol/L}\) → \(\mathrm{p}K_\mathrm{S} \approx 4{,}75\). (4 BE)
• c) \(\alpha = 1{,}32 \cdot 10^{-3} : 0{,}10 \approx 1{,}32\,\%\). (3 BE)
• d) \(\ce{NH4+ + H2O <=> NH3 + H3O+}\) → sauer; Na⁺ und Cl⁻ protolysieren nicht → neutral; \(\ce{CH3COO-}\) und \(\ce{CO3^2-}\) sind Basen schwacher Säuren → alkalisch. (4 BE)
• e) \(\mathrm{pOH} = 2{,}34\), \(c(\ce{OH-}) \approx 4{,}57 \cdot 10^{-3}\,\text{mol/L}\); \(K_\mathrm{B} = \dfrac{(4{,}57 \cdot 10^{-3})^2}{0{,}10 - 0{,}00457} \approx 2{,}19 \cdot 10^{-4}\) → \(\mathrm{p}K_\mathrm{B} \approx 3{,}66\) → \(\mathrm{p}K_\mathrm{S}(\ce{HCO3-}) = 14 - 3{,}66 \approx 10{,}34\). (4 BE)
• f) Salzsäure: c(H₃O⁺) = c₀, Faktor 100 → +2. Essigsäure: pH = ½(pKs − lg c₀) → nur +1, weil α steigt (Ostwald). K_S hängt nicht von c₀ ab. (3 BE)

Erwartungshorizont:

• a) Größter Sprung zwischen 15,5 und 16,5 mL → \(V_\text{ÄP} = 16{,}0\,\text{mL}\); \(c_0 = 0{,}10 \cdot 16{,}0 : 20{,}0 = 0{,}080\,\text{mol/L}\). (3 BE)
• b) Halbäquivalenzpunkt bei 8,0 mL: pH = pKs = 3,83. (3 BE)
• c) \(n(\ce{A-}) = 1{,}6\,\text{mmol}\) in 36,0 mL → \(c = 0{,}0444\,\text{mol/L}\); \(\mathrm{p}K_\mathrm{B} = 10{,}17\); \(\mathrm{pOH} = \tfrac12(10{,}17 + 1{,}35) \approx 5{,}76\) → \(\mathrm{pH} \approx 8{,}24\) — stimmt mit dem Messwert überein; am ÄP liegt nur Glycolat vor (Base). (4 BE)
• d) ÄP bei pH 8,24 im Alkalischen, der Sprung reicht etwa von 5,3 bis 11 → Phenolphthalein; Methylorange und Methylrot schlagen im Pufferbereich, also viel zu früh um. (3 BE)
• e) Richtig: Puffer HA/A⁻ vor dem ÄP; OH⁻-Überschuss nach dem ÄP. Falsch: gleiche Stoffmenge Säure → gleicher Verbrauch; am ÄP alkalisch. (4 BE)
• f) Überschuss \(n(\ce{OH-}) = 2{,}0 - 1{,}6 = 0{,}4\,\text{mmol}\) in 40,0 mL → \(c = 0{,}010\,\text{mol/L}\), pOH 2 → pH 12,0; die Base Glycolat trägt daneben nichts Merkliches bei. (3 BE)

Erwartungshorizont:

• a) Die Pufferbase fängt H₃O⁺ ab, die Puffersäure gibt ein Proton an OH⁻ ab; Na⁺ ist Zuschauer-Ion. (3 BE)
• b) \(n(\ce{HA}) = 100\,\text{mmol}\), \(n(\ce{A-}) = 50\,\text{mmol}\); \(\mathrm{pH} = 4{,}75 + \lg 0{,}5 \approx 4{,}45\). (3 BE)
• c) \(n(\ce{H3O+}) = 10\,\text{mmol}\) reagiert vollständig mit Acetat: \(n(\ce{A-}) = 40\), \(n(\ce{HA}) = 110\,\text{mmol}\); \(\mathrm{pH} = 4{,}75 + \lg\frac{40}{110} \approx 4{,}31\). (4 BE)
• d) \(3{,}75 = 4{,}75 + \lg\dfrac{50 - x}{100 + x}\) → \(10\,(50 - x) = 100 + x\) → \(x = (500 - 100) : 11 \approx 36{,}4\,\text{mmol}\). (4 BE)
• e) pKs möglichst nah am Ziel, höchstens ±1: pH 4,0 → Methansäure (3,75); pH 7,0 → Phosphat (7,21); pH 9,5 → Ammonium (9,25). (3 BE)
• f) Verdünnen ändert das Verhältnis nicht → pH bleibt; die absoluten Stoffmengen und damit die Kapazität des ganzen Ansatzes bleiben, pro Liter halbiert sie sich. Der Pufferbereich hängt nur vom pKs ab. (3 BE)