EL-MO Elemente und Moleküle, Schulbuch

112 112 Beurteilung der Gleichgewichtslage – Berechnung der Gleichgewichtskonstanten 5.4 Aufstellen von Säure-Basen-Gleichungen Abb. 112–1: Ausschnitt aus der pK A -Tabelle Mit Hilfe der pK A -Tabelle kann man anhand einfacher Überlegungen (fast) alle Säure-Basen-Reaktionsgleichungen aufstellen. Man kann die Gleichgewichtsla- ge qualitativ und quantitativ bestimmen. Das folgende Musterbeispiel erklärt die Vorgehensweise. Wie reagiert eine Calciumhydroxidösung mit einer Ammoniumsulfatlösung? Auf welcher Seite liegt das Gleichgewicht? 1 – Anschreiben der vorhandenen Stoffe Ionenverbindungen müssen in Ionen getrennt werden. In wässrigen Lösungen ist immer der Ampholyt Wasser vorhanden. Ca 2+ , OH – , NH 4 + , SO 4 2– , H 2 O 2 – Markieren der vorhandenen Stoffe In der Tabelle rechts sind diese Stoffe farbig markiert. Ca 2+ beeinflusst die Reak- tion nicht und kann vernachlässigt werden, wie auch alle anderen einfach und zweifach positiv geladenen Kationen. 3 – Markieren der stärksten Säure und Base In der Tabelle rechts sind diese Stoffe rot gekennzeichnet. Die stärkste Säure ist NH 4 + (am weitesten oben), die stärkste Base OH – (am weitesten unten). 4 – Aufstellen der Säure-Basen-Gleichung Es werden die entsprechenden konjugierten Stoffe gebildet. NH 4 + + OH – NH 3 + H 2 O Säure I Base II Base I Säure II 5 – Kennzeichnung der Gleichgewichtslage Das Gleichgewicht liegt auf der Seite der schwächeren Säure. (Man könnte auch die Basen vergleichen!) H 2 O (Säure II) ist schwächer als NH 4 + (Säure I), daher liegt das Gleichgewicht bei den Endstoffen NH 4 + + OH – NH 3 + H 2 O 6 – Ergänzen der „Zuschauer“ Bei den geladenen Teilchen der Ausgangsstoffe, müssen Ionen für den Ladungs- ausgleich vorhanden sein. Das NH 4 + kommt aus dem Ammoniumsulfat. Das Ge- genion ist daher das SO 4 2– . Man benötigt allerdings für ein SO 4 2– zwei Ammoni- umionen. Das Gegenion für die Hydroxidionen ist Ca 2+ . Auch hier benötigt man zwei OH – . Es ist daher sinnvoll die gesamte Säure-Basen-Gleichung mit zwei zu multiplizieren. Die benötigten Gegenionen schreibt man an. Man muss sie na- türlich auch bei den Endstoffen ergänzen, da sie ja noch immer vorhanden sind. 2 NH 4 + + 2 OH – 2 NH 3 + 2 H 2 O SO 4 2– Ca 2+ SO 4 2– Ca 2+ 7 – Zusammenfassen der Ionen zu richtigen Salzformeln (NH 4 ) 2 SO 4 + Ca(OH) 2 2 NH 3 + 2 H 2 O + CaSO 4 Berechnung der Gleichgewichtskonstante K Für die Reaktion HA + B – A – + HB lautet das Massenwirkungsgesetz: K = [A – ] • [HB] [HA] • [B – ] in logarithmischer Darstellung: p K = p K A (Eduktsäure) – p K A (Produktsäure) Für das obige Beispiel ergibt dies: p K = p K A (NH 4 + ) – p K A (H 2 O) = 9,21 – 14 = – 4,79 ⇒ K = 10 4,79 = 6,17 • 10 5 , das man auch erhält durch K = K A (Eduktsäure) K A (Produktsäure) oder Säure Base HClO 4 ClO 4 – HCl Cl – H 2 SO 4 HSO 4 – HNO 3 NO 3 – H 3 O + H 2 O H 2 SO 3 HSO 3 – HSO 4 – SO 4 2– H 3 PO 4 H 2 PO 4 – HF F – HCOOH HCOO – HAc Ac – H 2 CO 3 HCO 3 – HSO 3 – SO 3 2– H 2 PO 4 – HPO 4 2– NH 4 + NH 3 HCN CN – HCO 3 – CO 3 2– HPO 4 2– PO 4 3– H 2 O OH – NH 3 NH 2 – OH – O 2– CH 4 CH 3 – Säurestärke Basenstärke Üb Übung 112.1 Erstelle die Säure-Base-Reaktion und die vollständige Gleichung (= Ergänzung der an der Reaktion unbeteiligten Gegen- ionen), markiere die Gleichgewichtslage und berechne p K . a) Ammoniak reagiert mit Wasser b) Kalk (Calciumcarbonat), Kohlensäure, Wasser (Kalkverwitterung!) c) Natriumchlorid und Wasser d) Natriumcyanid und Wasser e) Natronlauge (Natriumhydroxid), Ammo- niumchlorid, Wasser f) Kaliumhydrogensulfat, Kaliumactat, Wasser g) Flusssäure, Kaliumcyanid, Wasser h) Ammoniumsulfat, Kaliumflourid, Wasser c g Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv