Aufgaben: Neutralisationsreaktionen

Vervollständige das allgemeine Schema einer Neutralisationsreaktion mit den fehlenden Wörtern: „Eine $\dots$ reagiert mit einer $\dots$, und es entstehen ein $\dots$ und $\dots$.“ Nenne danach ein Beispiel mit der Reaktion zwischen Salzsäure und Natriumhydroxid.

Im Labor wird Salzsäure ($HCl$) mit Natriumhydroxid ($NaOH$) gemischt, und es entstehen Natriumchlorid ($NaCl$), das Kochsalz, und Wasser. Schreibe die Reaktionsgleichung auf und prüfe durch Abzählen der Atome, dass sie ausgeglichen ist.

Ordne jeden dieser Stoffe als Säure, Base oder Salz ein:

1. a) $HNO_3$ (Salpetersäure)
2. b) $KOH$ (Kaliumhydroxid)
3. c) $NaCl$ (Natriumchlorid)
4. d) $H_2SO_4$ (Schwefelsäure)
5. e) $Ca(OH)_2$ (Calciumhydroxid)

Der pH-Wert gibt an, wie sauer oder basisch eine Lösung ist. Dies sind die Positionen der vier Lösungen auf der pH-Skala:

Gib an, ob jede dieser Lösungen sauer, neutral oder basisch ist:

1. a) Zitronensaft, $pH = 2,5$
2. b) reines Wasser, $pH = 7$
3. c) Handseife, $pH = 10$
4. d) passierte Tomaten, $pH = 4,5$

Wir haben ein Glas mit verdünntem Essig mit $pH = 3$ und geben nach und nach eine Natriumhydrogencarbonat-Lösung hinzu, die eine Base ist.

1. a) Steigt oder sinkt der pH-Wert im Glas, wenn wir das Natriumhydrogencarbonat zugeben?
2. b) Wenn wir genau die Menge zugeben, die die gesamte Säure neutralisiert, bei welchem Wert liegt dann der pH-Wert ungefähr?

Begründe die Antworten.

Der Magensaft im Magen enthält Salzsäure. Bei Sodbrennen lindern Antazida aus der Apotheke, die Basen wie Magnesiumhydroxid enthalten, die Beschwerden. Erkläre anhand des Neutralisationsschemas, wie ein Antazidum im Magen wirkt.

Lackmuspapier färbt sich im sauren Milieu rot und im basischen Milieu blau.

1. a) Welche Farbe nimmt es in einer Lösung von $HCl$ an?
2. b) Und in einer Lösung von $NaOH$?
3. c) Wir mischen die beiden Lösungen in genau den Mengen, bei denen die Neutralisation vollständig ist: Begründe, warum das Lackmuspapier in der entstandenen Mischung weder Säure noch Base anzeigt.

Schreibe die Formel und den Namen des Salzes auf, das bei jeder Neutralisation entsteht:

1. a) Salzsäure ($HCl$) mit Kaliumhydroxid ($KOH$).
2. b) Salpetersäure ($HNO_3$) mit Natriumhydroxid ($NaOH$).

Schwefelsäure ($H_2SO_4$) reagiert mit Calciumhydroxid ($Ca(OH)_2$), und es entstehen Calciumsulfat ($CaSO_4$) und Wasser. Schreibe die Reaktionsgleichung auf und gleiche sie aus; achte genau darauf, wie viele Wassermoleküle pro Calciumsulfat entstehen.

Schreibe die Reaktionsgleichung der Neutralisation zwischen Salzsäure ($HCl$) und Calciumhydroxid ($Ca(OH)_2$) auf und gleiche sie aus; dabei entstehen Calciumchlorid ($CaCl_2$) und Wasser.

Schreibe die Reaktionsgleichung der Neutralisation von Schwefelsäure ($H_2SO_4$) mit Natriumhydroxid ($NaOH$) auf und gleiche sie aus; dabei entstehen Natriumsulfat ($Na_2SO_4$) und Wasser.

Magnesiamilch ist eine Suspension von Magnesiumhydroxid ($Mg(OH)_2$), die gegen Übersäuerung eingenommen wird. Ihre Reaktion mit der Magensäure lautet $Mg(OH)_2 + 2\ HCl \rightarrow MgCl_2 + 2\ H_2O$.

1. a) Wie viel Mol $HCl$ neutralisieren $1\ \text{mol}$ $Mg(OH)_2$?
2. b) Wenn der Magen einen Überschuss von $0,1\ \text{mol}$ $HCl$ hat, wie viel Mol $Mg(OH)_2$ sind nötig, um ihn zu neutralisieren?

Ein Brause-Antazidum enthält Natriumhydrogencarbonat ($NaHCO_3$), das mit Salzsäure so reagiert: $NaHCO_3 + HCl \rightarrow NaCl + H_2O + CO_2$.

1. a) Überprüfe durch Abzählen der Atome, dass die Reaktionsgleichung ausgeglichen ist.
2. b) Warum bilden sich Blasen, wenn man die Tablette in ein Glas mit Säure gibt?
3. c) Worin unterscheidet sich diese Reaktion von einer „klassischen“ Neutralisation wie der von $NaOH$ mit $HCl$?

Der Kern jeder Neutralisation ist die Verbindung des $H^+$-Ions der Säure mit dem $OH^-$-Ion der Base zu Wasser: $H^+ + OH^- \rightarrow H_2O$, wie im Schema dargestellt.

1. a) Überprüfe, dass diese Ionengleichung sowohl bezüglich der Atome als auch bezüglich der elektrischen Ladung ausgeglichen ist.
2. b) Erkläre mithilfe dieser Idee, was diese beiden Reaktionen gemeinsam haben: $HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_2O$ und $HNO_3 + KOH \rightarrow KNO_3 + H_2O$.

Der Boden eines Gemüsegartens hat $pH = 5$ und Tomaten wachsen am besten bei einem pH-Wert zwischen $6$ und $7$.

1. a) Ist es ein saurer oder ein basischer Boden?
2. b) Landwirte streuen „Kalk“ (Calciumhydroxid) auf saure Böden. Angenommen, die Säure im Boden wäre Salzsäure: Schreibe die ausgeglichene Reaktionsgleichung für das, was der Kalk im Boden bewirkt.
3. c) Was würde mit dem pH-Wert des Bodens passieren, wenn man zu viel Kalk ausbringt? Wäre das gut für die Tomaten?

In drei Bechergläsern sind die Salze gelöst, die nach drei vollständigen Neutralisationen übrig geblieben sind: Kaliumchlorid ($KCl$), Natriumnitrat ($NaNO_3$) und Calciumsulfat ($CaSO_4$). Leite ab, welche Säure und welche Base in jedem Becherglas neutralisiert wurden, und schreibe die ausgeglichene Reaktionsgleichung jeder Reaktion.

Welches Antazidum nutzt jedes Gramm am besten aus? Das sind die Reaktionen von drei Antazida mit der Magensäure:

1. a) Magnesiumhydroxid ($58\ \text{g/mol}$): $Mg(OH)_2 + 2\ HCl \rightarrow MgCl_2 + 2\ H_2O$
2. b) Calciumcarbonat ($100\ \text{g/mol}$): $CaCO_3 + 2\ HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2$
3. c) Natriumhydrogencarbonat ($84\ \text{g/mol}$): $NaHCO_3 + HCl \rightarrow NaCl + H_2O + CO_2$

Berechne die Stoffmenge an $HCl$, die $1\ \text{g}$ jedes Antazidums neutralisiert (du kannst sie als Bruch oder auf drei Dezimalstellen gerundet angeben), ordne sie nach der Neutralisationskapazität pro Gramm von groß nach klein und erkläre, warum Calciumcarbonat pro Gramm weniger Säure neutralisiert als Magnesiumhydroxid, obwohl beide pro Mol dieselbe Säuremenge neutralisieren.

In einem Kolben im Labor befinden sich $0,2\ \text{mol}$ Schwefelsäure ($H_2SO_4$).

1. a) Schreibe die ausgeglichene Reaktionsgleichung ihrer Neutralisation mit Natriumhydroxid ($NaOH$), bei der Natriumsulfat ($Na_2SO_4$) und Wasser entstehen.
2. b) Berechne, wie viel Mol $NaOH$ nötig sind, um die gesamte Säure zu neutralisieren.
3. c) Wenn wir nur $0,2\ \text{mol}$ $NaOH$ zugeben würden, wäre die Lösung dann sauer, neutral oder basisch? Begründe mit der Stöchiometrie.

Fassaden und Statuen aus Marmor (Calciumcarbonat, $CaCO_3$) werden durch sauren Regen geschädigt, der Schwefelsäure ($H_2SO_4$) enthält.

1. a) Schreibe die Reaktion zwischen Schwefelsäure und Calciumcarbonat und gleiche sie aus; dabei entstehen Calciumsulfat ($CaSO_4$), Wasser und Kohlenstoffdioxid.
2. b) Erkläre, warum diese Reaktion die Statuen nach und nach „anfrisst“.
3. c) Granit enthält keine Carbonate: Begründe, warum Gebäude aus Granit dem sauren Regen besser widerstehen als solche aus Marmor.

Im Labor wird eine $NaOH$-Lösung nach und nach zu $25\ \text{mL}$ einer $HCl$-Lösung gegeben, während der pH-Wert gemessen wird, wie in der Abbildung dargestellt.

Das wird beobachtet: Zu Beginn beträgt der pH-Wert $1$ und steigt bei den ersten zugegebenen $20\ \text{mL}$ kaum an; zwischen $24$ und $26\ \text{mL}$ springt der pH-Wert von $3$ auf $11$; danach steigt er langsam weiter und nähert sich $13$.

1. a) Zeichne in dein Heft das Diagramm des pH-Werts in Abhängigkeit vom zugegebenen Volumen $NaOH$ und markiere diese drei Abschnitte.
2. b) Bei welchem zugegebenen Volumen ist die Neutralisation genau vollständig? Welchen pH-Wert hat die Lösung an diesem Punkt?
3. c) Erkläre mithilfe der Reaktion $H^+ + OH^- \rightarrow H_2O$, warum sich der pH-Wert gerade um diesen Punkt herum so schnell ändert.

Du kannst es auf Papier bearbeiten und ein Foto deiner Antwort schicken.

Wir mischen $0,1\ \text{mol}$ Schwefelsäure ($H_2SO_4$) mit $0,1\ \text{mol}$ Natriumhydroxid ($NaOH$).

1. a) Schreibe die ausgeglichene Reaktionsgleichung der Neutralisation, bei der Natriumsulfat ($Na_2SO_4$) und Wasser entstehen.
2. b) Begründe, welcher der beiden Reaktionspartner zuerst verbraucht ist und wie viel Mol vom anderen unreagiert übrig bleiben.
3. c) Ist der End-pH-Wert sauer, basisch oder neutral? Und wenn wir $0,1\ \text{mol}$ $H_2SO_4$ mit $0,2\ \text{mol}$ $NaOH$ mischen? Begründe beide Antworten.

Ammoniak ($NH_3$) in Reinigungsmitteln ist kein Hydroxid, reagiert aber mit Salzsäure so: $NH_3 + HCl \rightarrow NH_4Cl$.

1. a) Überprüfe, dass die Reaktionsgleichung ausgeglichen ist.
2. b) Warum tritt unter den Produkten kein Wasser auf, anders als bei Neutralisationen mit Hydroxiden?
3. c) Nach der modernen Definition ist eine Base jeder Stoff, der $H^+$-Ionen aufnehmen kann. Erkläre mit dieser Definition, warum Ammoniak tatsächlich eine Base ist und was mit seinem Stickstoffatom bei der Bildung von $NH_4Cl$ geschehen ist.

Der Stich einer Biene injiziert eine Säure (Methansäure), der einer Wespe eine basische Substanz. Im Verbandskasten gibt es Essig (verdünnte Essigsäure) und eine Paste aus Natriumhydrogencarbonat.

1. a) Welches der beiden Hausmittel würdest du auf welchen Stich auftragen? Begründe mit dem Schema der Neutralisation.
2. b) Ein Freund behauptet, „Essig hilft bei allen Stichen“. Erkläre ihm, warum er nicht recht hat und was passieren würde, wenn er Essig auf einen Bienenstich gibt.

Phosphorsäure ($H_3PO_4$), die in manchen Colagetränken enthalten ist, reagiert mit Calciumhydroxid zu Calciumphosphat ($Ca_3(PO_4)_2$) und Wasser.

1. a) Schreibe die Reaktionsgleichung und gleiche sie aus (du brauchst die Koeffizienten $2$, $3$ und $6$).
2. b) Wie viel Mol Wasser entstehen pro Mol Phosphorsäure?
3. c) Erkläre, warum es bei diesem Ausgleichen nicht genügt, nur ein einziges Element zu betrachten, und es sinnvoll ist, zuerst Calcium und Phosphor auszugleichen, bevor man Wasserstoff und Sauerstoff ausgleicht.