EL-MO Elemente und Moleküle, Schulbuch

KM-6: Übertragung – Umgang mit Materie 117 117 Berechnung des pH-Wertes Abb. 117–1: Säure-Base-Wirkung von Ionen Beispiele #1 Berechne den pH-Wert einer Salzsäure-Lösung mit c 0 = 0,2 mol/L : Salzsäure ist eine starke Säure mit einem p K A -Wert von –6. Man braucht daher die Formel Nr. 1: pH = –lg (0,2) = 0,70 #2 Berechne den pH-Wert von Essigsäure mit c 0 = 0,1 mol/L Essigsäure ist eine schwache Säure und mit einem p K A -Wert von 4,75. Man braucht daher die Formel Nr. 2: pH = 1/2 • (p K A – lg c 0 ) = 1/2 • (4,75 – lg 0,1) = 2,88 Ampholyte Hier ist ein Vergleich der p K A - und p K B -Werte notwendig, um zu entscheiden, ob die saure oder basische Wirkung überwiegt. Beispiel Berechne den pH-Wert von Ammoniak mit c 0 = 0,1 mol/L Ammoniak ist eine Base und muss daher einen pH-Wert über 7 haben. Ammoniak hat einen p K B von 4,79 und ist daher eine schwache Base. Man braucht daher die Formel (4). pOH = 1/2 • (p K B – lg c 0 ) = 1/2 • (4,79 – lg 0,1) = 2,9 pH = 14 – pOH = 14 – 2,9 = 11,1 pH-Wert von Salzlösungen Salze bestehen aus Kationen und Anionen. Welchen pH-Wert die Salzlösungen haben, ist – neben der Konzentration – von der Säure- und Basenstärke der be- teiligten Ionen abhängig. Kationen und Anionen werden dabei getrennt vonein- ander betrachtet. Die pH-Werte von vielen Salz-Lösungen lassen sich eindeutig berechnen. Schwierig- keiten treten auf, wenn sowohl Kation als auch Anion in wässriger Lösung reagieren können oder wenn eines der Ionen ein Ampholyt ist. In diesen Fällen lässt sich der pH-Wert nur näherungsweise berechnen. In der Praxis ist es meist ausreichend, nur abzuschätzen, ob die Lösung eines Salzes sauer, basisch oder neutral reagiert. Beispiele #1 Berechne den pH-Wert einer KOH-Lösung mit c 0 = 0,1 mol/L : K + … vernachlässigbar, OH – … stark basisch (p K B = 0) pOH = –lg (0,1) = 1 c pH = 13 #2 Berechne den pH-Wert einer NH 4 Cl-Lösung mit c 0 = 0,1 mol/L : NH 4 + … schwach sauer (p K A = 9,21) Cl – … sehr schwach basisch (p K B = 20) Hier überwiegt die saure Wirkung des NH 4 + -Ions. Die basische Wirkung des Cl – -Ions ist vernachlässigbar (schwächer als Wasser). pH = 1/2 • (p K A – lg c 0 ) = 1/2 • (9,21 – lg 0,1) = 5,11 0 < pK B < 14 pK B < 0 oder 14 < pK B 0 < pK A < 14 pK A < 0 oder 14 < pK A KATION ANION SALZLÖSUNG ist: pK A < pK B pK A > pK B pK A = pK B pK A < pK B pK A > pK B pK A = pK B neutral sauer basisch sauer basisch neutral für die zugehörige Base gilt: für die zugehörige Säure gilt: SALZ Üb Übungen 117.1 Berechne den pH-Wert von folgenden Lösungen: a) Salpetersäure c = 0,05 mol /L b) Blausäure c = 0,75 mol/L c) Perchlorsäure c = 0,002 mol/L d) Natriumcyanid c = 0,3 mol/L e) Kaliumhydroxid c = 0,01 mol/L f) Ammoniumbromid c = 2 g/L g) Calciumsulfit c = 3,5 • 10 –5 mol/L h) Salzsäure 2%ig (  = 1,01 g/mL) i) Natronlauge c = 3 g/100 mL Abb. 117–2: Feststellung des pH-Wertes von Salzlösungen saure Wirkung Kationen (Auswahl) Fe 3+ Al 3+ NH 4 + keine SB-Wirkung Na + Ca 2+ Mg 2+ basische Wirkung Anionen (Auswahl) Ac – CN – CO 3 2– saure Wirkung HSO 4 – keine SB-Wirkung Cl – NO 3 – ClO 4 – H 2 PO 4 – HCO 3 – HPO 4 2– Schüler-Experiment 5.4 pH-Wert von Salzlösungen Schüler-Experiment 5.5 Concept-Map – Säuren und Basen VS VS Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv