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Säuren, Basen, Salze und Titration

Anorganische Stoffe gehören zu vier großen Klassen: Oxide, Säuren, Basen und Salze. Sie hängen zusammen: Ein Metall bildet ein basisches Oxid, daraus wird eine Base, und Base plus Säure ergibt ein Salz und Wasser. Bei einer Titration nutzt man diese Neutralisation, um eine unbekannte Konzentration zu messen: Eine Base bekannter Konzentration läuft aus einer Bürette zu, bis die ganze Säure verbraucht ist (der Äquivalenzpunkt). Dann gilt n(Säure) = n(Base) nach dem Reaktionsverhältnis, also C₁V₁ = C₂V₂ bei einer 1 : 1-Reaktion.

🎬 Geschichte Schritt für Schritt

  1. Die meisten anorganischen Stoffe gehören zu vier Klassen: Säuren, Basen, Salze und Oxide. Jede Klasse hat ein typisches Muster in der Formel.
  2. Die Klassen hängen wie ein Stammbaum zusammen. Ein Metall verbrennt zu einem basischen Oxid. Das Oxid und Wasser ergeben eine Base. Die Base und eine Säure ergeben ein Salz.
  3. Mit dieser letzten Reaktion messen wir jetzt etwas. Im Kolben sind 25 mL Säure. In der Bürette ist eine Base, deren Stärke wir kennen.
  4. Wir geben die Base langsam zu. Der pH steigt zuerst nur wenig, denn es ist noch viel Säure da, die die Base aufbraucht.
  5. Bei etwa 25 mL ist die Säure ganz verbraucht. Ein Tropfen mehr, und der pH springt von etwa 3 auf 11. Der Indikator wird rosa. Das ist der Äquivalenzpunkt.
  6. Du bist dran. Ziehe den Regler, um Base zuzugeben. Finde das genaue Volumen, bei dem die Farbe wechselt, und lies den pH ab.

Tipp: Zieh die 3D-Szene, um sie zu drehen. Mit zwei Fingern zoomst du.

🤔 Häufige Zweifel, geklärt

Warum ist NH₃ eine Base, obwohl in der Formel kein OH steht?

Nach Brønsted–Lowry ist eine Base ein Protonenaufnehmer. NH₃ nimmt H⁺ aus dem Wasser auf und bildet NH₄⁺ + OH⁻.

Warum ist ein Metalloxid basisch und ein Nichtmetalloxid sauer?

Metalloxide bilden mit Wasser Hydroxide (CaO → Ca(OH)₂), Nichtmetalloxide bilden Säuren (SO₂ → H₂SO₃). Folge der Kette in Schritt 2.

Warum brauchen wir eine Bürette und nicht einfach einen Messzylinder?

Eine Bürette liest sich auf 0.05 mL genau ab und lässt einzelne Tropfen zu, so kannst du genau am Farbumschlag stoppen.

Warum ändert sich der pH in den ersten 20 mL kaum?

Es ist noch viel Säure da. Jeder mL entfernt nur einen kleinen Teil des H⁺, und der pH ist eine logarithmische Skala. Sieh dir die kurzen Balken in Schritt 4 an.

Warum ändert ein Tropfen die Farbe?

Nahe am Äquivalenzpunkt ist fast keine Säure mehr da. Ein Tropfen Base macht die Lösung von leicht sauer zu basisch, und der pH springt in den Bereich des Indikators.

Liegt der Äquivalenzpunkt immer bei pH 7?

Nur bei starker Säure + starker Base. Schwache Säure + starke Base liegt über 7, starke Säure + schwache Base unter 7.

Die vier Klassen anorganischer Stoffe

Oxide sind Verbindungen eines Elements mit Sauerstoff, zum Beispiel CaO oder CO₂. Metalloxide sind meist basisch, Nichtmetalloxide meist sauer. Einige, wie Al₂O₃ und ZnO, sind amphoter (sie reagieren mit Säuren und mit Basen).

Säuren geben in Wasser H⁺-Ionen ab (HCl, H₂SO₄, HNO₃). Basen geben OH⁻-Ionen ab oder nehmen H⁺ auf (NaOH, Ca(OH)₂, NH₃). Eine Base, die sich in Wasser löst, heißt Lauge. Salze bestehen aus einem Metall-Ion (oder NH₄⁺) und dem Rest-Ion einer Säure (NaCl, CuSO₄, NH₄NO₃).

Säure-Base-Theorien, die du kennen solltest

Säuren, Basen und Salze benennen

Der genetische Zusammenhang der Klassen

Man kann ein Element durch die Klassen verfolgen, wie eine Familienlinie:

Metall: Ca → CaO → Ca(OH)₂ → CaCO₃ (2Ca + O₂ → 2CaO; CaO + H₂O → Ca(OH)₂; Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O)

Nichtmetall: S → SO₂ → H₂SO₃ → Na₂SO₃

Beide Linien treffen sich in einem Salz. Salze entstehen auf viele Arten: Säure + Base, Säure + Metall, Säure + basisches Oxid, Base + saures Oxid und Säure + Carbonat.

Einführung in die Titration

Eine Titration bestimmt die unbekannte Konzentration einer Lösung, indem man sie mit einer Lösung bekannter Konzentration reagieren lässt (die Maßlösung oder Titrant).

  1. Gib mit einer Pipette ein genaues Volumen (zum Beispiel 25.0 mL) der unbekannten Säure in einen Erlenmeyerkolben. Füge 2–3 Tropfen Indikator hinzu.
  2. Fülle die Bürette mit der Maßlösung (Base). Lies das Startvolumen am unteren Rand des Meniskus ab, in Augenhöhe.
  3. Gib die Base unter Schwenken zu. Kurz vor dem Ende tropfenweise.
  4. Stopp bei der ersten bleibenden Farbänderung: dem Endpunkt. Notiere den Endstand. Wiederhole, bis zwei Ergebnisse auf 0.10 mL übereinstimmen (konkordant).

Äquivalenzpunkt = Die Stoffmengen von Säure und Base passen nach der Reaktionsgleichung genau zusammen. Endpunkt = der Indikator ändert seine Farbe. Ein guter Indikator macht beide fast gleich.

Titrationskurven und die Wahl des Indikators

Trägt man den pH gegen das zugegebene Basenvolumen auf, entsteht eine S-förmige Titrationskurve.

Regel: Wähle einen Indikator, dessen Farbumschlagbereich im steilen Teil der Kurve liegt.

Titrationsrechnungen

Stoffmenge = Konzentration (mol/L) × Volumen (L). Nutze das Verhältnis aus der ausgeglichenen Gleichung.

Für HCl + NaOH (1 : 1): CaVa = CbVb.

Für H₂SO₄ + 2NaOH: n(NaOH) = 2 × n(H₂SO₄), also 2CaVa = CbVb.

Vor dem Äquivalenzpunkt (starke Säure): [H⁺] = (übrige Stoffmenge Säure) ÷ (Gesamtvolumen). Danach: [OH⁻] = (überschüssige Stoffmenge Base) ÷ (Gesamtvolumen), dann pH = 14 − pOH (bei 25 °C).

Wichtige Formeln und Definitionen

Gelöste Beispiele

1. Benenne: (a) HNO₂ (b) K₂SO₄ (c) Fe(OH)₂ (d) NaHCO₃.

(a) salpetrige Säure (weniger O). (b) Kaliumsulfat (von Schwefelsäure). (c) Eisen(II)-hydroxid. (d) Natriumhydrogencarbonat, ein saures Salz.

2. Schreibe die genetische Kette für Magnesium bis zum Magnesiumchlorid.

2Mg + O₂ → 2MgO; MgO + H₂O → Mg(OH)₂; Mg(OH)₂ + 2HCl → MgCl₂ + 2H₂O.

3. 25.0 mL HCl brauchen 20.0 mL 0.100 M NaOH. Berechne [HCl].

n(NaOH) = 0.100 × 0.0200 = 0.00200 mol = n(HCl). C = 0.00200 ÷ 0.0250 = 0.0800 M.

4. 20.0 mL H₂SO₄ werden von 32.0 mL 0.250 M NaOH neutralisiert. Berechne [H₂SO₄].

n(NaOH) = 0.250 × 0.0320 = 0.00800 mol. H₂SO₄ : NaOH = 1 : 2, also n(H₂SO₄) = 0.00400 mol. C = 0.00400 ÷ 0.0200 = 0.200 M.

5. 25.0 mL 0.100 M HCl. Berechne den pH nach Zugabe von 20.0 mL 0.100 M NaOH.

Säure 0.00250 mol, Base 0.00200 mol. Übriges H⁺ = 0.000500 mol in 45.0 mL. [H⁺] = 0.000500 ÷ 0.0450 = 0.0111 M. pH = 1.95.

6. Gleicher Kolben, nach 30.0 mL NaOH. Berechne den pH.

Base 0.00300 mol, überschüssiges OH⁻ = 0.000500 mol in 55.0 mL. [OH⁻] = 0.00909 M, pOH = 2.04, pH = 11.96. Der pH sprang in nur 10 mL von etwa 2 auf 12 – der steile Teil der Kurve.

Häufige Fehler

Übungsquiz

1. Welches ist ein amphoteres Oxid?
2. Das Salz der schwefligen Säure heißt:
3. Bei der Titration von CH₃COOH mit NaOH ist der beste Indikator:
4. Am Äquivalenzpunkt von HCl + NaOH bei 25 °C ist der pH:
5. Stoffmenge NaOH in 15.0 mL einer 0.200 M Lösung:

Üben: Beantworte diese selbst

Tippe oder wähle deine Antwort und drücke dann Prüfen. Nutze einen Tipp, wenn du nicht weiterkommst; die ganze Lösung erscheint nach deiner Antwort.

Häufig gestellte Fragen

Was ist eine Titration einfach erklärt?

Man gibt eine Lösung bekannter Stärke tropfenweise zu einer anderen, bis beide gerade vollständig reagiert haben. So kann man die unbekannte Stärke ausrechnen.

Was ist der Unterschied zwischen Endpunkt und Äquivalenzpunkt?

Äquivalenzpunkt: Die Stoffmengen von Säure und Base passen nach der Gleichung. Endpunkt: Der Indikator ändert seine Farbe. Ein guter Indikator macht beide fast gleich.

Wie benennt man Salze?

Zuerst der Name des Metalls, dann der Säurerest: Schwefelsäure gibt Sulfate, schweflige Säure gibt Sulfite, Salzsäure gibt Chloride.

Wo das unterrichtet wird

USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 11Chemical Reactions
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 11Thermochemistry
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 11Acids and Bases
Russia11 классTheoretical foundations of chemistry

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