Zusammenfassung und Examensfragen

a. Zusammenfassung

1. Berechnungen von pH-Werten

· Starke Säuren
  Vollständige Protolyse
  pH = −log(c(H₃O⁺)) = −log(c₀)

· Schwache Säuren
  Erkennbar am pK_S-Wert
  Unvollständige Protolyse

pH =

1   2

pKS −

1   2

log(c0)

· Starke Basen
  Vollständige Protolyse
  pOH = −log(c(OH⁻)) = −log(c₀)
  pH = 14 − pOH = 14 + log(c₀)

· Schwache Basen
  Erkennbar am pK_B-Wert
  Unvollständige Protolyse

pOH =

1   2

pKB −

1   2

log(c0);

pH = 14 −

1   2

pKB +

1   2

log(c0);

· Pufferlösungen

Erkennbar am Verhältnis von c(HA) und c(A−):

0,1 <

c(A−)   c(HA)

< 10

  Die schwache Säure HA und die korrespondierende schwache Base A⁻
  sind in fast gleichen Stoffmengenkonzentrationen vorhanden

pH = pKS + log(

c(A−)   c(HA)

) = pKS + log(

n(A−)   n(HA)

)

2. Titrationskurven.

· Titration einer starken/schwachen Säure mit einer starken Base.


Man kann die Kurven in 4 Bereiche einteilen:
(1) Vor der Titration (V = 0 mL):

Der pH-Wert der schwachen Säure (Essigsäure) ist höher als für die starke Säure (HCl), dies ist zu erwarten da bei gleichen Stoffmengenkonzentrationen die schwache Säure nur teilweise protolysiert ist.

(2) Pufferbereich (0 < V < V_E):

Im Pufferbereich sind die schwache Säure (Essigsäure) und die korrespondierende schwache Base (Acetat-Ion) gleichzeitig vorhanden im Stoffmengenverhältnis > 0,1 und < 10 ist der Puffer besonders wirksam! Beide nehmen Einfluss auf den pH-Wert, die Henderson-Hasselbalch erlaubt die Bestimmung des pH-Wertes. Das Säure-Base-Paar HCl/Cl− bildet keinen Puffer, weil Cl− eine extrem schwache Base ist und somit keinen Einfluss auf den pH-Wert hat. Das langsame Ansteigen des pH-Wertes stammt von der langsamen Abnahme der Stoffmengenkonzentration der Salzsäure.

(3) Äquivalenzpunkt (V = V_E):

Für die Titration der starken Säure ist der pH-Wert = 7, die vorhandene neutrale Salzlösung beeinflusst den pH-Wert nicht. Für die Titration der schwachen Säure ist der pH-Wert >7, die vorhandene schwache Base CH3COO− bestimmt den pH-Wert.

(4) Nach dem Äquivalenzpunkt (V > V_E):

Für die Titration der starken Säure wird die Stoffmengenkonzentration von OH− immer größer, der pH-Wert steigt kontinuierlich. Für die Titration der schwachen Säure wird die Stoffmengenkonzentration von OH− immer größer während die Stoffmengenkonzentration von CH3COO− mehr und mehr vernachlässigt werden kann, die beiden Kurven gleichen sich immer mehr an.

· Titration einer starken/schwachen Base mit einer starken Säure.


Man kann die Kurven in 4 Bereiche einteilen:
(1) Vor der Titration (V = 0 mL):

Der pH-Wert der schwachen Base (Ammoniakwasser) ist niedriger als für die starke Base (OH−), dies ist zu erwarten da bei gleichen Stoffmengenkonzentrationen die schwache Base nur teilweise protolysiert ist.

(2) Pufferbereich (0 < V < V_E):

Im Pufferbereich sind die schwache Base (Acetat-Ion) und die korrespondierende schwache Säure (Essigsäure) gleichzeitig vorhanden im Stoffmengenverhältnis > 0,1 und < 10 ist der Puffer besonders wirksam! Beide nehmen Einfluss auf den pH-Wert, die Henderson-Hasselbalch erlaubt die Bestimmung des pH-Wertes. Das Säure-Base-Paar H2O/OH− bildet keinen Puffer, weil Wasser eine extrem schwache Base ist und somit keinen Einfluss auf den pH-Wert hat. Die langsame Abnahme des pH-Wertes stammt von der langsamen Abnahme der Stoffmengenkonzentration der Natronlauge.

(3) Äquivalenzpunkt (V = V_E):

Für die Titration der starken Base ist der pH-Wert = 7, die vorhandene neutrale Salzlösung beeinflusst den pH-Wert nicht. Für die Titration der schwachen Base ist der pH-Wert <7, die vorhandene schwache Säure CH3COOH bestimmt den pH-Wert.

(4) Nach dem Äquivalenzpunkt (V > V_E):

Für die Titration der starken Base wird die Stoffmengenkonzentration von H3O+ immer größer, der pH-Wert steigt kontinuierlich. Für die Titration der schwachen Säure wird die Stoffmengenkonzentration von H3O+ immer größer während die Stoffmengenkonzentration von CH3COOH mehr und mehr vernachlässigt werden kann, die beiden Kurven gleichen sich immer mehr an.

b. Examensfragen

Aufgaben mit vollständigem Lösungsweg