Eine Zahl zwischen 0 und 14 — und hinter jedem Schritt steckt ein Faktor zehn.
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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
Konzentration und pH-Wert
AFB I
Ordnen Sie jeder Oxonium-Ionen-Konzentration den pH-Wert zu.
Klicken Sie links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.
Bei Zehnerpotenzen ist der pH-Wert der negative Exponent: \(-\lg 10^{-3} = 3\). \(\lg 1 = 0\), also pH 0; sehr konzentrierte Säuren können sogar negative pH-Werte haben (\(-\lg 10 = -1\)).
Schreiben Sie 0,01 als Zehnerpotenz.
\(\lg 1 = 0\) und \(\lg 10 = 1\).
A2
Alkalisch?
AFB I
Nennen Sie alle Lösungen, die bei 25 °C alkalisch sind.
Mehrere Antworten sind richtig. Markieren Sie alle zutreffenden und klicken Sie dann auf „Prüfen“.
Rechnen Sie jede Angabe in einen pH-Wert um: pH = 14 − pOH.
Vier Lösungen sind alkalisch.
A3
pH-Wert berechnen
AFB I
In einer Probe Apfelsaft wird \(c(\ce{H3O+}) = 6{,}3\cdot10^{-4}\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\) bestimmt. Berechnen Sie den pH-Wert (zwei Nachkommastellen).
Rechnen Sie selbst und tragen Sie das Ergebnis ein — Enter prüft direkt. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
\(\mathrm{pH} = -\lg(6{,}3\cdot10^{-4}) = -(0{,}80 - 4) = 3{,}20\). Der pH-Wert liegt zwischen 3 und 4, weil die Konzentration zwischen \(10^{-4}\) und \(10^{-3}\) liegt — gute Plausibilitätskontrolle.
\(\mathrm{pH} = -\lg c(\ce{H3O+})\) — das Minus nicht vergessen.
Mit dem Rechner: (−) log 6.3 ×10ˣ (−) 4.
A4
pH und pOH
AFB II
Ermitteln Sie für die drei Lösungen pH- und pOH-Wert (25 °C, zwei Nachkommastellen).
Füllen Sie alle Felder aus und prüfen Sie dann. Enter in einem Feld prüft ebenfalls. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
Zeile 1: pH = 2,70, pOH = 14 − 2,70 = 11,30. Zeile 2: zuerst pOH = \(-\lg(5{,}0\cdot10^{-4}) = 3{,}30\), dann pH = 10,70. Zeile 3: pH = 8,10, pOH = 5,90. Kontrolle: Die Summe ist immer 14.
Berechnen Sie zuerst die Größe, zu der die gegebene Konzentration passt.
pH + pOH = 14 bei 25 °C.
A5
Der Rückweg
AFB II
Eine Lösung hat den pH-Wert 4,3. Bestimmen Sie Schritt für Schritt \(c(\ce{H3O+})\), den pOH-Wert und \(c(\ce{OH-})\).
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.
Eine Salzsäure mit pH 3,0 wird auf das 100-fache Volumen verdünnt. Schätzen Sie den neuen pH-Wert ab.
Schieben Sie den Regler auf Ihre Antwort — Pfeiltasten bewegen ihn schrittweise. Nach dem Prüfen sehen Sie den Trefferbereich.
0 14
Hundertfach verdünnt heißt: \(c(\ce{H3O+})\) sinkt von \(10^{-3}\) auf \(10^{-5}\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\), der pH-Wert steigt um \(\lg 100 = 2\) auf 5,0. Jede Verzehnfachung des Volumens hebt den pH-Wert einer starken Säure um eine Einheit.
Um welchen Faktor sinkt die Konzentration?
Faktor 10 ↔ eine pH-Einheit.
A7
Von sauer nach alkalisch
AFB II
Vergleichen Sie die fünf Lösungen (25 °C) und ordnen Sie sie von der sauersten (oben) zur am wenigsten sauren.
Ziehen Sie die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt, Shift+↑/↓ wechselt nur den Fokus.
1pOH = 12
2c(H₃O⁺) = 10⁻³ mol/L
3pH = 3,5
4pH = 4,5
5c(OH⁻) = 10⁻⁸ mol/L
Umgerechnet: pOH 12 → pH 2; \(10^{-3}\) → pH 3; pH 3,5; pH 4,5; \(c(\ce{OH-}) = 10^{-8}\) → pOH 8 → pH 6. Die sauerste Lösung hat den kleinsten pH-Wert.
Rechnen Sie alle Angaben in pH-Werte um.
Die Lösung mit pOH = 12 ist die sauerste.
A8
Was passiert mit dem pH-Wert?
MixAFB III
Ordnen Sie die Vorgänge danach ein, wie sich der pH-Wert der jeweiligen Lösung ändert.
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).
1pH steigt
2pH sinkt
3pH bleibt gleich
Chlorid- und Natrium-Ionen sind an der Protolyse unbeteiligt. Ein Katalysator beschleunigt Hin- und Rückreaktion gleichermaßen und verschiebt kein Gleichgewicht (Kapitel 2). Die Autoprotolyse ist endotherm: Beim Erwärmen steigt \(c(\ce{H3O+})\), der pH-Wert sinkt — das Wasser bleibt aber neutral.
Fragen Sie jeweils: Nimmt die Oxonium-Ionen-Konzentration zu oder ab?
Denken Sie an Le Chatelier und an die Temperaturabhängigkeit von KW.
A9
Trickaufgabe: Ist pH 7 neutral?
TrickAFB III
Bei 60 °C gilt \(K_W = 9{,}6\cdot10^{-14}\,\mathrm{mol^2\,L^{-2}}\); der Neutralpunkt liegt dort bei pH 6,51. Entscheiden Sie, ob die Lösungen sauer, neutral oder alkalisch sind.
Setzen Sie in jeder Zeile so viele Kreuze, wie zutreffen — es können mehrere, eines oder keines sein. Enter setzt und löscht.
Lösung
sauer
neutral
alkalisch
reines Wasser, 25 °C, pH 7,00
reines Wasser, 60 °C, pH 6,51
Lösung, 60 °C, pH 7,00
Lösung, 25 °C, pH 6,51
„pH 7 = neutral“ gilt nur bei 25 °C. Neutral heißt \(c(\ce{H3O+}) = c(\ce{OH-})\); bei 60 °C ist das bei \(\mathrm{pH} = \tfrac12\cdot(-\lg 9{,}6\cdot10^{-14}) = 6{,}51\) der Fall. Eine Lösung mit pH 7,00 enthält bei 60 °C also weniger \(\ce{H3O+}\) als \(\ce{OH-}\) — sie ist schwach alkalisch.
Vergleichen Sie jeden pH-Wert mit dem Neutralpunkt bei der jeweiligen Temperatur.
Bei 60 °C liegt der Neutralpunkt bei 6,51.
A10
Der pH-Spickzettel
AFB III
Ein Spickzettel zum pH-Wert enthält Fehler. Überprüfen Sie die sechs Einträge.
In diesem Text stecken Fehler. Klicken Sie genau die falschen Zeilen an — die richtigen müssen stehen bleiben.
Die logarithmische Skala verleitet zu linearem Denken — jede pH-Stufe ist ein Faktor 10. Negative pH-Werte sind selten, aber möglich.
