Aufgabe 4 – Vollständige und unvollständige Protolyse

Säuren und Basen reagieren unterschiedlich. Je nach Art der Säure oder Base findet in wässriger Lösung eine vollständige oder unvollständige Protolyse statt.

Formuliere die Reaktionsgleichung der Reaktion zur Bildung von Chlorwasserstoff nach Glauber (M 1).

Erläutere das Donator-Akzeptor-Prinzip am Beispiel der Bildung von Salzsäure (M 1).

Gib die Namen der fehlenden modellhaft dargestellten Teilchen in Abbildung 1 an (M 1).

7 BE

Gib die Valenzstrichformel eines Ammonium-Ions an (M 2).

Begründe die Zuordnung des Ammonium-Ions zu den Brönsted-Säuren (M 2).

4 BE

Berechne den pH-Wert der in M 3 beschriebenen Salzsäure.

Berechne den Anteil an Ammonium-Ionen, die in der in M 3 beschriebenen Lösung protolysiert sind.

Beurteile die Aussage: „Je höher der pH-Wert einer Salzsäure-Lösung, desto geringer ist der Anteil der Säure-Moleküle, die protolysiert sind.“

9 BE

Stelle eine Hypothese zur Eignung von Universalindikator-Lösung für die Unterscheidung der in M 4 genannten Lösungen auf (M 2, M 4).

Ermittle experimentell die im Reagenzglas enthaltene Lösung durch einen Anionen-Nachweis und fordere ein dazu benötigtes Nachweismittel an (M 4).

Hinweis: Für den Fall, dass du keine auswertbare Beobachtung erzielt hast, kannst du dir Ersatzbeobachtungen unter Abzug von 3 BE geben lassen.

10 BE

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Formulieren der Reaktionsgleichung:

$Formula: \ce{2 NaCl + H2SO4 -> Na2SO4 + 2 HCl}$ $Formula: \ce{2 NaCl + H2SO4 -> Na2SO4 + 2 HCl}$

Erläutern des Donator-Akzeptor-Prinzips:

Chlorwasserstoff-Moleküle geben ein Proton ab (Protonendonator)
Wasser-Moleküle nehmen ein Proton auf (Protonenakzeptor)
Protonenübergang vom Chlorwasserstoff-Molekül auf ein Wasser-Molekül

Angeben der Namen:

Oxonium-Ion
Chlorid-Ion

Angeben der Valenzstrich-Formel:

Skelettformel: Ammonium-Ion (NH4+) mit zentralem N und vier H-Atomen, positives Ladungszeichen

Begründen der Zuordnung:

Brönsted-Säuren sind Protonen-Donatoren
Ammonium-Ionen besitzen stark polarisierte Wasserstoff-Atome,
welche als Wasserstoff-Ionen abspaltbar sind

Berechnen des pH-Werts:

$Formula: c(\ce{HCl}) = \frac{n(\ce{HCl})}{V(\ce{H2O})}$ $Formula: c(\ce{HCl}) = \frac{n(\ce{HCl})}{V(\ce{H2O})}$

$Formula: c(\ce{HCl}) = 0{,}3\text{ }\frac{\text{mol}}{\text{L}}$ $Formula: c(\ce{HCl}) = 0{,}3\text{ }\frac{\text{mol}}{\text{L}}$
$Formula: \text{pH} = -\lg\{c_0(\ce{HCl})\}\text{ };\text{ }\text{pH} \approx 0{,}52$ $Formula: \text{pH} = -\lg\{c_0(\ce{HCl})\}\text{ };\text{ }\text{pH} \approx 0{,}52$

Berechnen des Anteils:

$Formula: c(\ce{NH4+}) = 0{,}3\text{ }\frac{\text{mol}}{\text{L}}$ $Formula: c(\ce{NH4+}) = 0{,}3\text{ }\frac{\text{mol}}{\text{L}}$
bei gegebener Lösung:
- $Formula: c(\ce{H3O+}) = 10^{-\text{pH}}\text{ }\frac{\text{mol}}{\text{L}}$ $Formula: c(\ce{H3O+}) = 10^{-\text{pH}}\text{ }\frac{\text{mol}}{\text{L}}$
- $Formula: c(\ce{H3O+}) \approx 0{,}000013\text{ }\frac{\text{mol}}{\text{L}}$ $Formula: c(\ce{H3O+}) \approx 0{,}000013\text{ }\frac{\text{mol}}{\text{L}}$
Anteil:

$Formula: \frac{0{,}000013\text{ }\frac{\text{mol}}{\text{L}}}{0{,}3\text{ }\frac{\text{mol}}{\text{L}}} \approx 0{,}000043\text{ }(= 0{,}0043\text{ }\%)$ $Formula: \frac{0{,}000013\text{ }\frac{\text{mol}}{\text{L}}}{0{,}3\text{ }\frac{\text{mol}}{\text{L}}} \approx 0{,}000043\text{ }(= 0{,}0043\text{ }\%)$

Beurteilen der Aussage:

Der pH-Wert ist von der Konzentration und der Stärke der Säure abhängig.
Salzsäure ist eine sehr starke Säure. Alle Säure-Moleküle in der Lösung sind vollständig protolysiert, d.h. der Anteil bleibt gleich.
Sachurteil: Die Aussage ist falsch.

Aufstellen einer Hypothese:

Hypothese: Die Unterscheidung nur mit Universalindikator-Lösung ist möglich.
Begründung: Aufgrund unterschiedlicher $Formula: \text{p}K_{\text{s}}$ $Formula: \text{p}K_{\text{s}}$ -Werte der beteiligten Teilchen weisen gleichkonzentrierte Lösungen von Ammoniumchlorid und Schwefelsäure verschiedene $Formula: \text{pH}$ $Formula: \text{pH}$ -Werte auf (Indikatorfarbe verschieden).
$Formula: \text{p}K_{\text{s}}(\ce{NH4+}) > \text{p}K_{\text{s}}(\ce{H2SO4})$ $Formula: \text{p}K_{\text{s}}(\ce{NH4+}) > \text{p}K_{\text{s}}(\ce{H2SO4})$
Chlorid-Ionen nur mit vernachlässigbarem Einfluss