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Übungen: Säure- und Basenkonstante

Eine einzige Zahl verrät, wie bereitwillig eine Säure ihr Proton hergibt — und wie gierig ihre Base es zurückholt.

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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
Von pKS zu KS
AFB I

Ordnen Sie jedem \(\mathrm{p}K_S\)-Wert die Säurekonstante \(K_S\) in \(\mathrm{mol\,L^{-1}}\) zu.

Klicken Sie links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.
\(K_S = 10^{-\mathrm{p}K_S}\). Der ganzzahlige Teil des \(\mathrm{p}K_S\)-Werts bestimmt ungefähr den Exponenten: \(\mathrm{p}K_S = 4{,}20\) liegt zwischen 4 und 5, also \(K_S\) zwischen \(10^{-5}\) und \(10^{-4}\).
\(K_S = 10^{-\mathrm{p}K_S}\) — wie beim pH-Wert.
Je größer \(\mathrm{p}K_S\), desto kleiner \(K_S\).
A2
Woran erkennt man die stärkere Säure?
AFB I

Nennen Sie alle Merkmale, die eine Säure A gegenüber einer Säure B als die stärkere Säure kennzeichnen.

Mehrere Antworten sind richtig. Markieren Sie alle zutreffenden und klicken Sie dann auf „Prüfen“.
Stärke ist eine Stoffeigenschaft, die \(K_S\) bzw. \(\mathrm{p}K_S\) beschreibt — unabhängig von der Konzentration. Wegen \(\mathrm{p}K_S + \mathrm{p}K_B = 14\) hat die stärkere Säure die schwächere korrespondierende Base, also den größeren \(\mathrm{p}K_B\)-Wert.
Denken Sie an die Merke-Regel „klein ist stark“ beim p-Wert.
Vier Merkmale sind richtig.
A3
Die Base der Benzoesäure
AFB I

Benzoesäure hat \(\mathrm{p}K_S = 4{,}20\). Berechnen Sie den \(\mathrm{p}K_B\)-Wert des Benzoat-Ions (25 °C).

Rechnen Sie selbst und tragen Sie das Ergebnis ein — Enter prüft direkt. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
\(\mathrm{p}K_B = 14 - \mathrm{p}K_S = 14 - 4{,}20 = 9{,}80\). Das Benzoat-Ion ist eine schwache Base.
Für ein korrespondierendes Paar gilt \(\mathrm{p}K_S + \mathrm{p}K_B = 14\).
Subtrahieren Sie von 14.
A4
KS-Ausdruck bauen
AFB II

Stellen Sie den Ausdruck für die Säurekonstante von Schwefelwasserstoff (erste Stufe: \(\ce{H2S + H2O <=> HS- + H3O+}\)) auf. Schreiben Sie im Zähler die Oxonium-Ionen zuerst.

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.
\(K_S = \dfrac{c(\ce{H3O+})\cdot c(\ce{HS-})}{c(\ce{H2S})}\). Die Konzentration des Wassers steht nicht im Ausdruck — sie ist praktisch konstant und steckt bereits in \(K_S\). Konzentrationen werden multipliziert, nicht addiert.
Produkte in den Zähler, die Säure in den Nenner.
\(c(\ce{H2O})\) ist in \(K_S\) eingerechnet.
A5
KS der Milchsäure aus einer Messung
AFB II

In einer Milchsäure-Lösung mit \(c_0 = 0{,}100\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\) wird im Gleichgewicht \(c(\ce{H3O+}) = 3{,}5\cdot10^{-3}\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\) gemessen. Ermitteln Sie \(K_S\) und \(\mathrm{p}K_S\) der Milchsäure (Kurzformel HA).

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.
  1. \(c(\ce{HA})\) im Gleichgewicht mol/L
  2. \(K_S = a\cdot10^{-4}\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\): Faktor \(a\)
  3. \(\mathrm{p}K_S\)
Jede Protolyse liefert ein \(\ce{H3O+}\) und ein \(\ce{A-}\): \(c(\ce{A-}) = 3{,}5\cdot10^{-3}\), \(c(\ce{HA}) = 0{,}100 - 0{,}0035 = 0{,}0965\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\). \(K_S = \dfrac{(3{,}5\cdot10^{-3})^2}{0{,}0965} = 1{,}27\cdot10^{-4}\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\), \(\mathrm{p}K_S = 3{,}90\) — Milchsäure ist etwas stärker als Essigsäure.
\(c(\ce{A-}) = c(\ce{H3O+})\), und die protolysierte Menge fehlt beim HA.
\(K_S = c(\ce{H3O+})\cdot c(\ce{A-})/c(\ce{HA})\), dann \(\mathrm{p}K_S = -\lg K_S\).
A6
Stärker oder schwächer als Essigsäure?
AFB II

Ordnen Sie die Säuren im Vergleich zu Essigsäure (\(\mathrm{p}K_S = 4{,}75\)) ein.

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).
1stärker als Essigsäure
2schwächer als Essigsäure
Essigsäure: \(K_S = 1{,}8\cdot10^{-5}\). Größeres \(K_S\) bzw. kleineres \(\mathrm{p}K_S\) heißt stärker. Beim Ammonium-Ion hilft \(\mathrm{p}K_S = 14 - 4{,}75 = 9{,}25\) — es ist eine deutlich schwächere Säure, obwohl die Zahl 4,75 gleich aussieht.
Rechnen Sie Angaben als \(K_S\) in \(\mathrm{p}K_S\) um (oder umgekehrt).
Vorsicht bei der Angabe \(\mathrm{p}K_B\): Sie gehört zur Base, nicht zur Säure.
A7
Starke Säure, schwache Base
AFB II

Erklären Sie, warum die korrespondierende Base einer starken Säure schwach ist. Vervollständigen Sie den Lückentext — drei 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.

Eine starke Säure will ihr Proton unbedingt ; ihr Protolysegleichgewicht liegt weit . Umgekehrt will ihre korrespondierende Base das Proton kaum . Rechnerisch gilt KS · KB = KW, das des Wassers. Ist KS sehr groß, muss KB entsprechend sein.

„links“, „groß“ und „Massenwirkungsgesetz“ bleiben übrig. Beispiel: \(\ce{HNO3}\) (\(\mathrm{p}K_S = -1{,}32\)) hat die Base \(\ce{NO3-}\) mit \(\mathrm{p}K_B = 15{,}32\) — Nitrat-Ionen nehmen in Wasser praktisch kein Proton auf.
Die Hinreaktion der Säure ist die Rückreaktion ihrer Base.
Das Produkt beider Konstanten ist fest.
A8
Was ändert KS — was nur c(H₃O⁺)?
MixAFB III

Eine Essigsäure-Lösung befindet sich im Protolysegleichgewicht. Entscheiden Sie für jeden Eingriff, ob er \(K_S\) und/oder \(c(\ce{H3O+})\) verändert.

Setzen Sie in jeder Zeile so viele Kreuze, wie zutreffen — es können mehrere, eines oder keines sein. Enter setzt und löscht.
Eingriffverändert KSverändert c(H₃O⁺)
Die Lösung wird mit Wasser verdünnt.
Die Lösung wird erwärmt.
Festes Natriumacetat wird gelöst.
Ein Katalysator wird zugesetzt.
Es wird Salzsäure zugegeben.
Wie jede Gleichgewichtskonstante (Kapitel 2) hängt \(K_S\) nur von der Temperatur ab. Verdünnen oder Zugabe von \(\ce{CH3COO-}\) bzw. \(\ce{H3O+}\) verschiebt die Lage des Gleichgewichts (Le Chatelier), \(K_S\) bleibt gleich. Ein Katalysator beschleunigt nur die Einstellung des Gleichgewichts.
Was konnte in Kapitel 2 den Wert von K verändern?
Nur eine Zeile bekommt zwei Kreuze.
A9
Fehlersuche im Tafelbild
AFB III

Ein Tafelbild zur Säurekonstante enthält Fehler. Überprüfen Sie die sechs Zeilen.

In diesem Text stecken Fehler. Klicken Sie genau die falschen Zeilen an — die richtigen müssen stehen bleiben.
Faustregeln: kleiner p-Wert = stark; KS ist eine Konstante (nur temperaturabhängig); Wasser taucht im KS-Ausdruck nicht auf.
Prüfen Sie die Zahlenangaben mit pKS + pKB = 14.
Drei Zeilen sind falsch.
A10
Trickaufgabe: Gemischte Angaben
TrickAFB III

Vergleichen Sie die Säurestärke der sechs Säuren und ordnen Sie sie — die stärkste nach oben. Achtung: Manche Angaben gehören zur korrespondierenden Base.

Ziehen Sie die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt, Shift+↑/↓ wechselt nur den Fokus.
1HNO₃: pKS = −1,32
2Milchsäure: pKB(Lactat) = 10,10
3Benzoesäure: KS = 6,3 · 10⁻⁵ mol/L
4H₂S: pKS = 6,92
5H₂PO₄⁻: KB(HPO₄²⁻) = 1,6 · 10⁻⁷ mol/L
6HPO₄²⁻: pKB(PO₄³⁻) = 1,64
Umgerechnet in \(\mathrm{p}K_S\): \(\ce{HNO3}\) −1,32; Milchsäure 14 − 10,10 = 3,90; Benzoesäure 4,20; \(\ce{H2S}\) 6,92; \(\ce{H2PO4-}\): \(\mathrm{p}K_B = 6{,}80\) → 7,20; \(\ce{HPO4^2-}\): 14 − 1,64 = 12,36. Die Falle: Ein kleiner \(\mathrm{p}K_B\)-Wert der Base bedeutet eine schwache Säure.
Bringen Sie alle Angaben auf \(\mathrm{p}K_S\).
\(\mathrm{p}K_S = 14 - \mathrm{p}K_B\); aus \(K_B\) erst \(\mathrm{p}K_B = -\lg K_B\).