Säure/Base-Reaktionen¶
x. Für alle Versuche bereitstellen¶
A. Demo-Versuche¶
B. Geschmack saurer und basischer Lösungen¶
C. Mini-Springbrunnen¶
Beobachtungen: Experiment 1, Chlorwasserstoff reagiert mit Wasser: Die Lösung wird heftig in das Reagenzglas eingesogen, bis das RG praktisch voll ist. Der Universalindikator verfärbt sich dabei von grün nach rot.
Experiment 2, Ammoniak reagiert mit Wasser: Die Lösung wird heftig in das Reagenzglas eingesogen, bis das RG praktisch voll ist. Der Universalindikator verfärbt sich dabei von grün nach blau.
Vorbesprechung:
Demonstrationsexperiment:
Kochsalzlösung eindampfen bis nichts mehr im Gefäss – warum geht es nicht: die Lösung enthält Ionen und die lassen sich bei normalen Temperaturen nicht verdampfen. Erst bei mehreren 1000°C sind Ionenverbindungen normalerweise verdampfbar. Salzsäurelösung eindampfen. Enhält ebenfalls Ionen. Welcher Stoff wird übrig bleiben? Natürlich H₃OCl. Versuch zeigt: nichts bleibt übrig. Offfenbar reagieren H₃O⁺ und Cl⁻ zu einem flüchtigen Stoff. Obwohl sie bei Raumtemperatur vollständig als H₃O⁺ und Cl⁻ auftreten. Aufstellen der Reaktionsgleichung. Warum bildet sich HCl beim erhitzen:
- Das Eindampfen wässriger Lösungen, die Ionen enthalten: Experiment 1: Eine wässrige Lösung von Kochsalz wird eingedampft. Beobachtung: Es bleibt ein weisser Rückstand zurück. Deutung: Verbindungen, die aus Ionen bestehen, können unter normalen Bedingungen nicht verdampft werden. Sie sind nicht flüchtig. Daher ist Regenwasser, auch wenn es aus dem Meer stammt, nicht salzig.
Experiment 2: Eine wässrige Lösung von H₃O⁺ und Cl⁻ (NH₄⁺ und OH⁻) wird eingedampft. Beobachtung: Die Lösung lässt sich rückstandsfrei, vollständig verdampfen. Interpretation: Die Ionen müssen zu Molekülen reagiert haben und als Moleküle verdampft sein, denn als Ionenverbindung könnten die Teilchen nicht in die Gasphase wechseln. Folgendes Reaktionssystem… NH₄⁺ (aq) + OH⁻ (aq) NH₃ (g) + H₂O (g) Ammonium-Ion Hydroxid-Ion Ammoniak Wasser
… liegt also bei tiefen Temperaturen (in der ursprünglichen Lösung) weit links und verschiebt sich beim Eindampfen nach rechts.
Aufgabe 1: Woran liegt dies?
Hinweis: Auf dieselbe Weise liegt folgendes Glgw bei tiefen Temperaturen links, bei hohen rechts: Cl⁻ (aq) + H₃O⁺ (aq) HCl (g) + H₂O (g) Chlorid-Ion Hydroxonium-Ion Chlorwasserstoff Wasser
Erklären mit Le Chatelier:
- Beim Eindampfen wird der Raum, in dem sich die Ionen aufhalten können, immer kleiner. Ihre Konzentrationen nehmen zu, das verschiebt System auf die Seite mit HCl
- Das Lösen von HCl in Wasser ist exotherm, die Bildung von HCl endotherm. Erwärmen verschiebt Systeme gemäss Le Ch’atelier in endothermer Richtung.
Demonstrationsexperiment:
Siedesteichen in zwei Duran-RG geben. In erstes Duran-RG 1 mL konz Natronlauge geben, aufgesetzten Stopfen, durchbohrt, mit gewinkeltem Glasrohr In zweites Duran-RG 1 mL konz Salzsäure geben, aufgesetzten Stopfen, durchbohrt, mit gewinkeltem Glasrohr Kristallisierschale mit etwas Leitungswasser und viel deionisiertem Wasser, Universalindikator Bunsenbrenner
Natronlauge zum Sieden erhitzen und Gas in das Wasser in der Kristallisierschale einleiten. Man beobachtet keine Veränderung des Säuregrades. Nach vollständigem Eindampfen bleibt weisses Material zurück: festes Natriumhydroxid.
Deutung: die gelösten Ionen Na und OH können nicht in die Gasphase wechseln: Ionen sind bei Temperaturen bis 100°C wegen starken Ionen oder Ion/Dipol kräften nie in Gasphase.
Wiederholung des Versuches mit Salzsäure: verdampfen gelingt vollständig und Gas bewirkt Rotfärbung der Lösung. Aber: Ionen können doch nicht in die Gasphase wechseln?
HCl + H₂O ⇄ Cl⁻ + H₃O⁺ stark exotherm
Eindampfen: Entzug von Wasser durch Eindampfen, dadurch wird Glgw nach links verschoben. Zudem Verschiebung des Glgw in endothermer Richtung. \(\rightarrow\) es entsteht HCl-Gas, welches in die Lösung eingeleitet werden kann.
- Demo-Exp: Verbrennung von Schwefel zu SO₂.
a) Durch Verbrennen von Schwefel entsteht Schwefeldioxid, SO₂. Wie liegt SO₂ in wässriger Phase vor? Wassermoleküle docken an: Schwefeldioxid kann mit Wassermolekülen Wasserstoff-Brücken eingehen und löst sich daher gut in Wasser (nebenstehende Abbildung).
Wie kann es hier zu einer Säure-Base-Reaktion kommen? Ist SO2 potentielle Säure, ist es potentielle Base? Schwefeldioxid stellt keine potentielle Säure, aber eine potentielle Base dar. Man würde daher erwarten, dass die entstehende Lösung basisch reagiert: Vermutung:
Wie sollte sich Universalindikator verfärben? Durchführung Experiment: Verbrennen von Schwefel auf Verbrennungslöffel, darunter wenig Leitungswasser und viel deionisiertes Wasser mit Universalindikator vorlegen. „Atmosphäre“herunterwaschen mit Wasser aus der Spritzflasche Universalindikator verfärbt sich rot.
Aus SO2 muss also eine Säure werden. Das Teilchen enthält aber keine H-Atome. Es muss umgebaut werden in ein Teilchen, das H-Atopme enthält. Die einzige andere Teilchensorte, die vorhanden ist: Wassermoleküle. SO2 muss also mit Wasser reagieren. Aber anders! Auch hier gilt aber: Elektronen müssen so umgeklappt werden, dass die Edelgasregel immer erfüllt bleibt.
Stattdessen zeigt der Universalindikator eine saure wässrige Lösung an. Durch Einleiten von SO₂ muss eine Säure entstanden sein, die H⁺ an Wasser abgibt und so zur Bildung von H₃O⁺ führt. Die einzigen zur Verfügung stehenden Teilchen sind SO₂ und H₂O. SO₂ ist mit Sicherheit an der Bildung dieser Säure beteiligt, weil die Lösung erst beim Einleiten dieses Stoffes sauer wird, und H2O ist sicher daran beteiligt, da es das einzige Teilchen mit H-Atomen ist. In einem ersten Schritt lagert sich das Wassermolekül mit seinem negativen Pol an das Schwefelatom, das weniger elektronegativ ist als die Sauerstoffatome und daher den positiven Pol des SO2-Moleküls darstellt. Ein nichtbindendes Elektronenpaar des Sauerstoffatoms wird von der positiven Partialladung des Schwefelatoms angezogen und es kommt zur Reaktion:
D. Lösung des Nichtmetalloxides Kohlendioxid CO₂ in Wasser¶
Experiment 3, Kohlendioxid reagiert mit Wasser:
a. Der Universalindikator in der Lösung verfärbt sich von grün nach rot b. Der Universalindikator in der Lösung verfärbt sich von grün nach orange c. Der Universalindikator wird orange
E. Lösung des Nichtmetalloxides Schwefeldioxid SO₂ in Wasser¶
F. Reaktion von Metalloxiden mit Wasser¶
Experiment 6a, Magnesiumoxid reagiert mit Wasser Um das Magnesiumoxid herum (MgO) verfärbt sich der Universalindikator blau. Um das Magnesium herum verfärbt er sich rot. Interpretation: Nur die Blaufärbung diskutieren. Hinweis: Salze in einzelnen Ionen notieren und die Säuer/Base-Reaktion als Teilchengleichung (Ionengleichung) notieren!
Experiment 6b, Calciumoxid reagiert mit Wasser: Der Universalindikator in der Lösung verfärbt sich blau.
Berechnung der Gleichgewichtskonzentrationen und des pH-Wertes:
G. Brausepulver¶
H Schaumlöscher¶
I. Schwefelwasserstoff (H₂S)¶
J. Natriumhydrogensulfat und Natriumacetat in Reibschale (NaHSO₄ und NaCH₃COO)¶
K. Natriumcarbonat mit Ammoniumchlorid (Na₂CO₃ und NH₄Cl)¶
L. Kalk und Salzsäure (CaCO₃ und HCl)¶
M. Nitrazingelbtest der Haut¶
- Nitrazingelblösung* 1% in Wasser in Tropfflasche
- Pinsel oder Filterpapier
Nitrazingelb ist ein Säure-Base-Indikator: Farbumschlag bei pH 6,0-7,0, Farbumschlag von gelb (sauer) nach blauviolett.
Normalerweise wird dieser Indikator 10 mal verdünnter in Tropfflaschen als 0.1% Lösung in Wasser bereitgestellt. Strukturell ähnlich wie Erio T. *2,4-Dinitro-benzolazo-2-(1-hydroxy-naphthalin-3,6-disulfonsäure) Dinatriumsalz oder 2-(2,4-Dinitrophenylazo)-1-naphthol-3,6-disulfonic acid, di-Na salt. C₁₆H₈N₄O₁₁S₂Na₂
Intakte, glatte, "gut gepflegte" Haut: ca 2 dunkle Flecken = Kontinuitätsdurchtrennungen cm-2. Geschädigte Haut: ca 10 Kontinuitätsdurchtrennungen cm-2.
