Ein Proton nach dem anderen — und dazwischen Teilchen, die sich nicht entscheiden müssen.
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Übungsaufgaben
Zehn Übungen zum Klicken, Zuordnen, Rechnen und Knobeln — von AFB I bis AFB III, mit einer Mix-Aufgabe aus früheren Unterkapiteln und einer Trickaufgabe. Jede Übung gibt sofort Rückmeldung; bei Schwierigkeiten helfen die gestuften Tipps.
A1
Namen der Anionen
AFB I
Ordnen Sie jeder Formel den passenden Namen zu.
Klicken Sie links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.
Das Wort „Hydrogen“ zeigt an, dass das Anion noch ein Proton trägt. Die Endung verrät die Säure: -sulfit von der Schwefligen Säure H₂SO₃, -sulfid von Schwefelwasserstoff H₂S, -oxalat von der Oxalsäure H₂C₂O₄.
„Hydrogen-“ steht für ein noch vorhandenes, abgebbares H.
Sulfit enthält Sauerstoff, Sulfid nicht.
A2
Ampholyte erkennen
AFB I
Nennen Sie alle Teilchen, die in Wasser als Ampholyt reagieren können.
Mehrere Antworten sind richtig. Markieren Sie alle zutreffenden und klicken Sie dann auf „Prüfen“.
Ampholyte besitzen noch ein abgebbares Proton und können eines aufnehmen — das trifft auf die Zwischenstufen \(\ce{HS-}\), \(\ce{HSO3-}\), \(\ce{HC2O4-}\) und auf Wasser zu. Die Endstufen \(\ce{S^2-}\) und \(\ce{C2O4^2-}\) haben kein Proton mehr und reagieren nur als Base, die neutrale Ausgangssäure \(\ce{H2SO3}\) reagiert in Wasser nur als Säure.
Ein Ampholyt steht in der Stufenfolge zwischen der Ausgangssäure und der letzten Stufe.
Vier Teilchen sind richtig.
A3
Stufe für Stufe?
AFB I
Geben Sie an, ob die Aussagen zu mehrprotonigen Säuren zutreffen.
5 Aussagen nacheinander. Eine falsche Einschätzung reicht — dann starten Sie die Serie mit „Neue Runde“ neu.
Aussage 1 von 5
Mehrprotonige Säuren: stufenweise Abgabe, jede Stufe schwerer, Ladung sinkt um eins pro Stufe.
Denken Sie an die elektrostatische Anziehung zwischen Anion und Proton.
Drei Aussagen stimmen.
A4
Die zweite Stufe
AFB II
Schweflige Säure \(\ce{H2SO3}\) entsteht, wenn Schwefeldioxid in Wasser gelöst wird. Stellen Sie die Gleichung für die zweite Protolysestufe mit Wasser auf (links die Säure zuerst, rechts zuerst ihre korrespondierende Base).
Klicken Sie die Bausteine in der richtigen Reihenfolge an — sie wandern nacheinander in die Plätze. Ein Klick auf einen belegten Platz gibt den Baustein zurück.
\(\ce{HSO3- + H2O <=> SO3^2- + H3O+}\). Ausgangsteilchen der zweiten Stufe ist das Produkt der ersten, das Hydrogensulfit-Ion. \(\ce{SO4^2-}\) (Sulfat) gehört zur Schwefelsäure — Sulfit hat ein O-Atom weniger.
Die zweite Stufe beginnt mit dem Anion aus der ersten Stufe.
Aus \(\ce{HSO3-}\) wird ohne Proton \(\ce{SO3^2-}\).
A5
Warum wird es immer schwerer?
AFB II
Erklären Sie, warum Oxalsäure ihr zweites Proton schwerer abgibt als das erste. Ergänzen Sie den Lückentext — zwei Wörter bleiben übrig.
Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt) — mit Tab und Enter geht es genauso. Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.
Das Oxalsäure-Molekül ist elektrisch . Nach der ersten Stufe ist das Hydrogenoxalat-Ion einfach geladen. Das abzugebende Proton ist geladen, sodass das Anion es elektrostatisch . Die zweite Stufe läuft deshalb ab, und nur wenige Teilchen erreichen die Endstufe, das .
„abstößt“ und „leichter“ bleiben übrig. Ungleiche Ladungen ziehen sich an: Das negative Anion hält das positive Proton fester als das neutrale Molekül. Deshalb liegen in einer Oxalsäure-Lösung viel mehr \(\ce{HC2O4-}\)- als \(\ce{C2O4^2-}\)-Ionen vor.
Welche Ladung hat das Teilchen vor der ersten und vor der zweiten Stufe?
Plus und Minus ziehen sich an.
A6
Nur Säure, Ampholyt oder nur Base?
AFB II
Ordnen Sie die Teilchen danach ein, wie sie in wässriger Lösung reagieren können.
Ziehen Sie jede Karte in den passenden Korb — oder wählen Sie sie mit Enter aus und drücken Sie dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).
1nur als Säure
2als Ampholyt
3nur als Base
Ausgangssäuren geben nur ab, Endstufen nehmen nur auf, alles dazwischen kann beides. Das Muster ist bei jeder zweiprotonigen Säure gleich: \(\ce{H2X}\) → \(\ce{HX-}\) → \(\ce{X^2-}\).
Bestimmen Sie für jedes Teilchen, ob es noch ein saures H trägt und ob es ein Proton aufnehmen kann.
Drei Teilchen sind Ampholyte.
A7
Schwefelsäure verdünnen — heiß!
MixAFB II
10,0 mL konzentrierte Schwefelsäure (\(w = 98\,\%\), \(\rho = 1{,}84\,\mathrm{g\,mL^{-1}}\), \(M = 98{,}08\,\mathrm{g\,mol^{-1}}\)) werden in Wasser gegeben; das Gemisch wird wie 500 g Wasser behandelt (\(c = 4{,}19\,\mathrm{J\,g^{-1}\,K^{-1}}\)). Näherungsweise protolysiert die Säure vollständig: \(\ce{H2SO4(l) -> 2 H+(aq) + SO4^2-(aq)}\). Ermitteln Sie die Temperaturerhöhung. \(\Delta_f H^\circ\) in \(\mathrm{kJ\,mol^{-1}}\): \(\ce{H2SO4(l)}\) −814,0; \(\ce{SO4^2-(aq)}\) −909,3; \(\ce{H+(aq)}\) 0.
Rechnen Sie die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt, negative Werte mit Minuszeichen.
Stoffmenge \(n(\ce{H2SO4})\)mol
Lösungsenthalpie \(\Delta_{L} H\)kJ/mol
frei werdende Wärme \(Q\)kJ
Temperaturerhöhung \(\Delta T\)K
\(m = 10{,}0\cdot1{,}84\cdot0{,}98\,\mathrm{g} = 18{,}0\,\mathrm{g}\), \(n = 0{,}184\,\mathrm{mol}\). \(\Delta_L H = -909{,}3 - (-814{,}0) = -95{,}3\,\mathrm{kJ\,mol^{-1}}\) (Satz von Hess, Kapitel 1). \(Q = 0{,}184\cdot95{,}3\,\mathrm{kJ} = 17{,}5\,\mathrm{kJ}\), \(\Delta T = 17\,500\,\mathrm{J}/(4{,}19\cdot500\,\mathrm{J\,K^{-1}}) \approx 8{,}4\,\mathrm{K}\). Deshalb gilt: „Erst das Wasser, dann die Säure“ — die Säure langsam ins Wasser, damit die Wärme sich verteilt.
\(\Delta_L H = \sum\Delta_f H^\circ(\text{Produkte}) - \sum\Delta_f H^\circ(\text{Edukte})\), danach \(Q = n\cdot|\Delta_L H|\) und \(\Delta T = Q/(c\cdot m)\).
A8
Trickaufgabe: Wie viele Protonen?
TrickAFB III
Bestimmen Sie, wie viele Protonen jedes Molekül in Wasser als Säure abgeben kann (Strukturformeln verkürzt).
Füllen Sie alle Felder aus und prüfen Sie dann. Enter in einem Feld prüft ebenfalls. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
Molekül
H-Atome gesamt
abgebbare Protonen
Oxalsäure HOOC–COOH
2
Methansäure HCOOH
2
Milchsäure CH₃–CH(OH)–COOH
6
Ethanol CH₃–CH₂–OH
6
Sauer ist nur das H der Carboxygruppe \(\ce{-COOH}\): Die benachbarte C=O-Gruppe zieht Elektronen ab und macht die O–H-Bindung besonders polar; das Anion wird zudem stabilisiert. Die Fallen: Das H am C-Atom der Methansäure ist nicht sauer, und die Hydroxygruppe –OH von Alkoholen gibt in Wasser praktisch kein Proton ab (eine Ethanol-Lösung ist neutral). Milchsäure ist deshalb einprotonig.
Zählen Sie nur H-Atome in Carboxygruppen –COOH.
Denken Sie an Ethanol aus der Sekundarstufe I: Reagiert eine Ethanol-Lösung sauer?
A9
Fehler in der Hausaufgabe
AFB III
Ein Schüler hat Schwefelwasserstoff und Schweflige Säure untersucht. Überprüfen Sie seine sechs Aussagen.
In diesem Text stecken Fehler. Klicken Sie genau die falschen Zeilen an — die richtigen müssen stehen bleiben.
Drei Fehlertypen: alle Protonen in einer Gleichung, Endstufe als Ampholyt und falsch gezählte Ladung.
Prüfen Sie Stufen, Rollen und Ladungen einzeln.
Drei Aussagen sind falsch.
A10
Werbeversprechen Zitronensäure
AFB III
Ein Entkalker wirbt mit Zitronensäure, einer dreiprotonigen Säure (Kurzformel H₃Cit). Bewerten Sie die Aussagen auf der Verpackung und im Beipackzettel.
Wählen Sie für jede Zeile eine Stufe: 1 = falsch, 2 = überwiegend falsch, 3 = teils richtig, 4 = überwiegend richtig, 5 = richtig. Mit der Tastatur: Tab zur Zeile, ←/→ zwischen den Stufen, Enter setzt.
1 = falsch5 = richtig
„Jedes Zitronensäure-Molekül kann bis zu drei Protonen abgeben.“
„Deshalb enthält die Lösung dreimal so viele Oxonium-Ionen wie eine gleich konzentrierte Lösung einer einprotonigen Säure.“
„Das dritte Proton wird am schwersten abgegeben.“
„Das Hydrogencitrat-Ion HCit²⁻ kann als Säure und als Base reagieren.“
„Das Citrat-Ion Cit³⁻ gibt beim Entkalken noch ein Proton ab.“
Drei Protonen können abgegeben werden, aber nicht gleich leicht: Jede Stufe läuft schwerer ab, in Wasser liefert die zweite und dritte Stufe nur noch wenige Oxonium-Ionen. Erst wenn ein Reaktionspartner (hier der Kalk) Protonen verbraucht, geben auch die späteren Stufen ihre Protonen ab. Das Citrat-Ion ist die Endstufe und hat kein Proton mehr.
Unterscheiden Sie „kann abgeben“ und „gibt in Wasser vollständig ab“.
