Stark heißt nicht konzentriert — zehn Übungen, die diese beiden Begriffe sauber trennen.
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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
Stark oder schwach?
AFB I
Ordnen Sie die Säuren nach der Faustregel ein (\(\mathrm{p}K_S\)-Werte bei 25 °C).
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).
Faustregel: \(\mathrm{p}K_S < 0\) stark, \(\mathrm{p}K_S > 4\) schwach; dazwischen spricht man von mittelstarken Säuren. Milchsäure liegt knapp darunter, protolysiert in üblichen Konzentrationen aber nur zu wenigen Prozent — sie zählt zu den schwachen Säuren.
Negativer \(\mathrm{p}K_S\)-Wert → stark.
Drei Säuren sind stark.
A2
Begriffe sauber trennen
AFB I
Geben Sie an, ob die Aussagen zutreffen.
5 Aussagen nacheinander. Eine falsche Einschätzung reicht — dann starten Sie die Serie mit „Neue Runde“ neu.
Aussage 1 von 5
Stärke (KS, α) und Konzentration (c₀) sind zwei voneinander unabhängige Angaben.
Stärke ist eine Stoffeigenschaft, Konzentration eine Angabe über die Lösung.
Zwei Aussagen sind falsch.
A3
Protolysegrad
AFB I
In einer Milchsäure-Lösung mit \(c_0 = 0{,}050\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\) wird \(c(\ce{H3O+}) = 2{,}5\cdot10^{-3}\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\) gemessen. Berechnen Sie den Protolysegrad in Prozent.
Rechnen Sie selbst und tragen Sie das Ergebnis ein — Enter prüft direkt. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
%
\(\alpha = \dfrac{c(\ce{A-})}{c_0} = \dfrac{2{,}5\cdot10^{-3}}{0{,}050} = 0{,}050 = 5{,}0\,\%\). 95 % der Milchsäure-Moleküle liegen nicht protolysiert vor.
\(c(\ce{A-}) = c(\ce{H3O+})\).
\(\alpha = c(\ce{A-})/c_0\), mal 100 %.
A4
Zwei Lösungen im Vergleich
AFB II
Verglichen werden Salpetersäure und Milchsäure, jeweils \(c_0 = 0{,}1\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\). Untersuchen Sie, welche Aussage auf welche Lösung zutrifft.
Setzen Sie in jeder Zeile so viele Kreuze, wie zutreffen — es können mehrere, eines oder keines sein. Enter setzt und löscht.
Aussage
Salpetersäure
Milchsäure
\(c(\ce{H3O+}) = 0{,}1\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\)
enthält nicht protolysierte Säuremoleküle
pH-Wert größer als 1
10 mL Probe verbrauchen 10 mL Natronlauge (0,1 mol/L) bis zur Neutralisation
enthält Hydroxid-Ionen
enthält \(\ce{NO3-}\)-Ionen und Lactat-Ionen
Salpetersäure: \(c(\ce{H3O+}) = c_0\), pH 1. Milchsäure: nur etwa 3,5 % protolysiert, pH ≈ 2,5. Beim Neutralisieren protolysiert die Milchsäure nach — der Verbrauch hängt nur von der Stoffmenge der Säure ab. Hydroxid-Ionen enthält jede wässrige Lösung (\(K_W\)). Die letzte Zeile trifft auf keine Lösung zu: Jede enthält nur ihr eigenes Anion.
Denken Sie an vollständige bzw. unvollständige Protolyse — und an das Ionenprodukt.
Eine Zeile bleibt leer, zwei bekommen zwei Kreuze.
A5
Wie viel ist protolysiert?
AFB II
Alle Lösungen haben \(c_0 = 0{,}1\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\). Ordnen Sie jeder Säure den passenden Protolysegrad zu (\(\mathrm{p}K_S\) in Klammern).
Klicken Sie links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.
Je größer der \(\mathrm{p}K_S\)-Wert, desto kleiner der Protolysegrad. Beim Ammonium-Ion ist nur etwa jedes 13 000. Teilchen protolysiert.
Die Reihenfolge der \(\mathrm{p}K_S\)-Werte bestimmt die Reihenfolge der Protolysegrade.
Die stärkste Säure hat den größten Anteil.
A6
Verdünnen erhöht den Protolysegrad
AFB II
Für Milchsäure werden gemessen: \(c_0 = 0{,}10\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\): \(c(\ce{H3O+}) = 3{,}5\cdot10^{-3}\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\); \(c_0 = 0{,}0010\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\): \(c(\ce{H3O+}) = 3{,}0\cdot10^{-4}\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\). Bestimmen Sie die Protolysegrade und den Faktor, um den der Protolysegrad beim Verdünnen steigt.
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.
\(\alpha\) bei \(0{,}10\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\)%
\(\alpha\) bei \(0{,}0010\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\)%
Faktor
\(\alpha_1 = 3{,}5\cdot10^{-3}/0{,}10 = 3{,}5\,\%\), \(\alpha_2 = 3{,}0\cdot10^{-4}/0{,}0010 = 30\,\%\); Faktor \(30/3{,}5 \approx 8{,}6\). Bei hundertfacher Verdünnung sinkt \(c(\ce{H3O+})\) nur um den Faktor 12 — weil gleichzeitig mehr Moleküle protolysieren.
\(\alpha = c(\ce{H3O+})/c_0\).
Teilen Sie den zweiten durch den ersten Protolysegrad.
A7
Warum gleich viel Lauge?
MixAFB II
Gleiche Stoffmengen Salpetersäure und Milchsäure verbrauchen bei der Neutralisation gleich viel Natronlauge. Erklären Sie das mit dem Prinzip von Le Chatelier — 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.
Die zugegebenen Hydroxid-Ionen reagieren mit den der Milchsäure-Lösung. Dadurch wird dem Protolysegleichgewicht ein Produkt entzogen, und es verschiebt sich nach . Die Milchsäure-Moleküle so lange, bis die Säure umgesetzt ist. Der Laugenverbrauch hängt deshalb nur von der der Säure ab.
„links“ und „Konzentration“ bleiben übrig. Das Gleichgewicht \(\ce{HA + H2O <=> A- + H3O+}\) weicht dem Entzug von \(\ce{H3O+}\) aus (Kapitel 2) — die Neutralisation zieht es Schritt für Schritt nach rechts.
Was passiert mit einem Gleichgewicht, wenn man ein Produkt entfernt?
Entscheidend ist die Menge der Säure, nicht ihre Stärke.
A8
Trickaufgabe: Wer liefert die meisten Oxonium-Ionen?
TrickAFB III
Protolysegrade bei \(c_0 = 0{,}1\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\): Milchsäure 3,5 %, Benzoesäure 2,5 %, \(\ce{H2S}\) 0,11 %. Schätzen Sie \(c(\ce{H3O+})\) ab und ordnen Sie die Lösungen — die größte Oxonium-Ionen-Konzentration nach oben.
Ziehen Sie die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt, Shift+↑/↓ wechselt nur den Fokus.
1Milchsäure, 0,1 mol/L
2Benzoesäure, 0,1 mol/L
3Salpetersäure, 0,001 mol/L
4Schwefelwasserstoff-Lösung, 0,1 mol/L
5Salpetersäure, 0,00001 mol/L
Milchsäure \(3{,}5\cdot10^{-3}\), Benzoesäure \(2{,}5\cdot10^{-3}\), Salpetersäure \(1\cdot10^{-3}\), \(\ce{H2S}\) \(1{,}1\cdot10^{-4}\), Salpetersäure \(1\cdot10^{-5}\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\). Die Falle: Eine starke, aber stark verdünnte Säure kann weniger Oxonium-Ionen liefern als eine schwache, konzentrierte.
\(c(\ce{H3O+}) = \alpha\cdot c_0\); bei Salpetersäure ist \(\alpha = 100\,\%\).
Schreiben Sie alle Werte als Zehnerpotenzen.
A9
Fehler im Lernvideo-Skript
AFB III
Das Skript eines Schülervideos enthält Fehler. Überprüfen Sie die sechs Sätze.
In diesem Text stecken Fehler. Klicken Sie genau die falschen Zeilen an — die richtigen müssen stehen bleiben.
Die drei häufigsten Verwechslungen: stark/konzentriert, Richtung des Verdünnungseffekts und Laugenverbrauch.
Prüfen Sie jede Aussage auf die Verwechslung „stark“ ↔ „konzentriert“.
Drei Sätze sind falsch.
A10
Aussagen aus einem Haushaltsforum
AFB III
Bewerten Sie die Aussagen aus einem Internetforum zu Reinigungsmitteln fachlich.
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
„Essigessenz (25 %) ist harmlos, weil Essigsäure eine schwache Säure ist.“
„Ein Salzsäure-Reiniger löst Kalk schneller als ein Essigreiniger gleicher Stoffmengenkonzentration.“
„Beide Reiniger lösen bei gleicher Stoffmenge Säure am Ende gleich viel Kalk.“
„Joghurt schmeckt sauer, also ist Milchsäure eine starke Säure.“
„Eine starke Säure ist immer auch eine konzentrierte Säure.“
Essigessenz ist hoch konzentriert und trotz geringem Protolysegrad ätzend (pH ≈ 2). Die Geschwindigkeit hängt von \(c(\ce{H3O+})\) ab, die Gesamtmenge gelösten Kalks von der Stoffmenge der Säure. Saurer Geschmack zeigt nur, dass Oxonium-Ionen vorhanden sind — nicht, dass die Säure vollständig protolysiert.
Unterscheiden Sie Geschwindigkeit (hängt von c(H₃O⁺) ab) und Gesamtumsatz (hängt von n ab).
