Aufgabenblock — AFB II
Zehn mehrschrittige Aufgaben aus Labor und Alltag — Titrationen, Verdünnungen, schwache Säuren und Basen, Puffer und ein Blick zurück in Kapitel 1 und 2. Drei gestufte Tipps helfen beim Ansatz.
\(10{,}0\,\mathrm{mL}\) verdünnte Schwefelsäure werden mit Natronlauge (\(c=0{,}100\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\)) titriert; bis zum Farbumschlag werden \(12{,}60\,\mathrm{mL}\) verbraucht: \(\ce{H2SO4 + 2 NaOH}\) \(\ce{-> Na2SO4 + 2 H2O}\).
a) Berechnen Sie die verbrauchte Stoffmenge \(n(\ce{OH-})\) in mmol. b) Berechnen Sie \(c(\ce{H2SO4})\).
Vollständige Lösung
Eine Salzsäure hat den pH-Wert \(1{,}0\). Ein Schüler pipettiert \(10{,}0\,\mathrm{mL}\) davon in einen Messkolben und füllt mit Wasser auf \(1{,}00\,\mathrm{L}\) auf. Eine zweite Probe (\(50{,}0\,\mathrm{mL}\), pH \(2{,}0\)) soll auf pH \(3{,}0\) gebracht werden.
a) Berechnen Sie den pH-Wert der Lösung im Messkolben. b) Berechnen Sie, wie viel Wasser zur zweiten Probe gegeben werden muss.
Vollständige Lösung
Eine Essigsäure-Lösung wird mit \(c_0=0{,}50\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\) angesetzt (\(\mathrm{p}K_S=4{,}75\)).
a) Berechnen Sie den pH-Wert. b) Berechnen Sie den Protolysegrad \(\alpha\) in Prozent.
Vollständige Lösung
Ein Glasreiniger enthält Ammoniak, \(c_0(\ce{NH3})=0{,}050\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\); \(\mathrm{p}K_B(\ce{NH3})=4{,}75\): \(\ce{NH3 + H2O}\) \(\ce{<=> NH4+ + OH-}\).
a) Berechnen Sie den pOH-Wert. b) Berechnen Sie den pH-Wert.
Vollständige Lösung
\(50{,}0\,\mathrm{mL}\) Salzsäure (\(c=0{,}100\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\)) werden mit \(40{,}0\,\mathrm{mL}\) Natronlauge (\(c=0{,}100\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\)) gemischt.
a) Berechnen Sie die Stoffmenge der übrig gebliebenen Oxonium-Ionen in mmol. b) Berechnen Sie den pH-Wert der Mischung.
Vollständige Lösung
Die Lösung einer unbekannten einprotonigen Säure (\(c_0=0{,}10\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\)) hat den pH-Wert \(2{,}38\). Wie bei jedem Gleichgewicht (Kapitel 2) lässt sich die Konstante aus den Gleichgewichtskonzentrationen berechnen.
a) Berechnen Sie \(c(\ce{H3O+})\). b) Berechnen Sie mit der Näherung \(c(\ce{HA})\approx c_0\) den \(\mathrm{p}K_S\)-Wert und ordnen Sie die Säure mit der Säure-Base-Reihe zu.
Vollständige Lösung
\(25{,}0\,\mathrm{mL}\) einer Essigsäure-Lösung werden mit Natronlauge (\(c=0{,}200\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\)) titriert, der pH-Wert wird mit einer Elektrode gemessen (Diagramm).
a) Ermitteln Sie aus der Kurve \(c_0(\ce{CH3COOH})\). b) Berechnen Sie den pH-Wert der Essigsäure vor der Titration (\(\mathrm{p}K_S=4{,}75\)) und vergleichen Sie mit dem Startpunkt der Kurve.
Vollständige Lösung
\(10{,}0\,\mathrm{mL}\) Ammoniak-Lösung (\(c=0{,}200\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\)) werden mit Salzsäure (\(c=0{,}200\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\)) titriert: \(\ce{NH3 + H3O+}\) \(\ce{-> NH4+ + H2O}\). Am Äquivalenzpunkt liegt nur die schwache Säure \(\ce{NH4+}\) vor (\(\mathrm{p}K_S=9{,}25\)).
a) Berechnen Sie \(c(\ce{NH4+})\) am Äquivalenzpunkt. b) Berechnen Sie den pH-Wert am Äquivalenzpunkt und wählen Sie einen geeigneten Indikator.
Vollständige Lösung
Ein Liter Pufferlösung enthält \(0{,}10\,\mathrm{mol}\) Ammoniumchlorid und \(0{,}10\,\mathrm{mol}\) Ammoniak (\(\mathrm{p}K_S(\ce{NH4+})=9{,}25\)). Man gibt \(0{,}030\,\mathrm{mol}\) Chlorwasserstoff (als konzentrierte Salzsäure, Volumenänderung vernachlässigbar) hinzu.
a) Geben Sie den pH-Wert des Puffers vor der Zugabe an. b) Berechnen Sie die Stoffmenge \(n(\ce{NH4+})\) nach der Zugabe.
Vollständige Lösung
Im Kalorimeter werden \(100\,\mathrm{mL}\) Salpetersäure und \(100\,\mathrm{mL}\) Kalilauge (je \(c=0{,}50\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\)) gemischt; die Temperatur steigt um \(3{,}3\,\mathrm{K}\). Nehmen Sie \(m=200\,\mathrm{g}\) und \(c_W=4{,}19\,\mathrm{J\,g^{-1}\,K^{-1}}\) an.
a) Berechnen Sie die frei gewordene Wärme \(Q\) in kJ. b) Berechnen Sie die molare Reaktionsenthalpie der Neutralisation.
