Was passiert, wenn eine saure Lösung mit einer Lauge reagiert? Verfolge die Ionenbilanz, berechne die passenden Stoffmengen und erkenne, wann die Mischung wirklich neutral wird.
Drei kurze Aufgaben helfen dir, deinen Startpunkt zu finden. Wenn du unsicher bist, wähle „Weiß ich noch nicht“.
Entscheide ohne Nachschlagen. Pro Aufgabe passt genau eine Antwort.
Eine saure wässrige Lösung enthält mehr Oxoniumionen H₃O⁺ als Hydroxidionen OH⁻. In einer Lauge ist es umgekehrt. Beim Zusammengeben können Oxonium- und Hydroxidionen miteinander reagieren. Ein Proton wird übertragen und es entstehen Wassermoleküle.
Diese Reaktion ist der Kern der Neutralisation einer starken Säure mit einer Hydroxidlauge. Sie ist eine Säure-Base-Reaktion, keine bloße Verdünnung: Die reagierenden Ionen werden umgesetzt. Die Atome und die elektrische Gesamtladung bleiben erhalten.
Der Name kann täuschen: Nicht jede beliebige Mischung aus Säure und Lauge ist am Ende neutral. Wenn ein Reaktionspartner im Überschuss vorliegt, bestimmt dieser das saure oder basische Verhalten. Auch die Art der Säure und Base spielt eine Rolle.
Ausgangspunkt sind 2 mmol H3O+. Wähle nacheinander 1, 2 und 3 mmol OH−. Bestimme zuerst, wie viel im Verhältnis 1 : 1 reagiert, und erst danach den Überschuss. 1 mmol = 0,001 mol.
Noch keine Lauge zugegeben. Die Lösung enthält einen deutlichen Überschuss an Oxoniumionen. Die dargestellten Mengen beziehen sich auf die betrachtete Reaktion; Wasser und Gegenionen sind nicht vollständig abgebildet.
Vorhersagen und überprüfen: Was bleibt nach der Zugabe von 3 mmol OH⁻ zu 2 mmol H₃O⁺ übrig? Warum reicht „Es entsteht Wasser“ als Antwort nicht?
2 mmol OH⁻ reagieren mit 2 mmol H₃O⁺. Es bleiben 1 mmol OH⁻ im Überschuss; die Mischung ist basisch. Die Wasserbildung beschreibt die Reaktion, der Überschuss erklärt das Verhalten der fertigen Mischung.
Das Oxoniumion wird zum ersten Wassermolekül. Sein abgegebenes H+ geht auf Hydroxid über.
Durch Aufnahme dieses H+ entsteht das zweite Wassermolekül.
Die Karten zeigen Teilbilanzen: Dasselbe H⁺ wird direkt von Oxonium auf Hydroxid übertragen. Beim Addieren kürzt sich H⁺ heraus; es liegt in Wasser nicht als freies, ungebundenes Proton vor.
Das Oxoniumion H₃O⁺ gibt ein Proton an das Hydroxidion OH⁻ ab. Aus H₃O⁺ wird H₂O; aus OH⁻ wird durch Aufnahme des Protons ebenfalls H₂O. Darum stehen rechts zwei Wassermoleküle.
Kontrolle: Links sind insgesamt vier Wasserstoffatome und zwei Sauerstoffatome vorhanden, rechts ebenso. Die Ladungen +1 und −1 ergeben links null. Rechts sind beide Wassermoleküle ungeladen.
Aus der Gleichung folgt das Mengenverhältnis 1 : 1. Ein Mol H₃O⁺ reagiert mit einem Mol OH⁻. Deshalb vergleichen wir zuerst Stoffmengen, nicht einfach Flüssigkeitsvolumina.
Diese vereinfachte Stoffgleichung beschreibt Salzsäure und Natronlauge. In den wässrigen Lösungen liegen jedoch Ionen vor: unter anderem H₃O⁺, Cl⁻, Na⁺ und OH⁻. Die Natrium- und Chloridionen werden bei der zentralen Protonenübertragung nicht verbraucht.
Nach passender Umsetzung erhält man eine Natriumchloridlösung. Es entstehen nicht automatisch sichtbare Salzkristalle: Die Ionen bleiben zunächst im Wasser gelöst. Kristalle wären erst bei geeigneter weiterer Aufarbeitung zu erhalten.
Na⁺ und Cl⁻ heißen hier Zuschauerionen. Sie werden in der gekürzten Ionengleichung weggelassen, sind in der realen Lösung aber weiterhin vorhanden. Deshalb kann auch eine neutralisierte Lösung elektrischen Strom leiten.
| Ion | Rolle bei Salzsäure + Natronlauge |
|---|---|
| H3O+ | Gibt ein Proton ab → Wasser |
| OH− | Nimmt ein Proton auf → Wasser |
| Na+ und Cl− | Bleiben als Zuschauerionen in Lösung |
Gegeben sind 20,0 mL Salzsäure mit c(HCl) = 0,100 mol/L. Die Natronlauge besitzt c(NaOH) = 0,200 mol/L. Gesucht ist das passende Laugenvolumen. Wir betrachten verdünnte Lösungen und vollständige Umsetzung.
1. Stoffmenge der Säure berechnen: 20,0 mL = 0,0200 L. Mit n = c · V folgt:
2. Reaktionsverhältnis verwenden: HCl und NaOH reagieren im Verhältnis 1 : 1. Benötigt werden deshalb ebenfalls 0,00200 mol NaOH.
3. Laugenvolumen berechnen:
4. Plausibilität: Die Lauge ist doppelt so konzentriert wie die Säure. Deshalb genügt hier das halbe Volumen. Gleiche Volumina wären bei diesen Konzentrationen falsch.
Gibst du im Beispiel nur 5,0 mL Natronlauge zu, sind das 0,0010 mol OH⁻. Von den ursprünglich ungefähr 0,0020 mol H₃O⁺ bleibt ein Überschuss von 0,0010 mol. Die Mischung ist noch sauer.
Bei 15,0 mL Natronlauge werden 0,0030 mol OH⁻ zugegeben. Nach der Reaktion mit 0,0020 mol H₃O⁺ bleibt 0,0010 mol OH⁻ im Überschuss. Die Mischung ist basisch.
Für einen anschließenden pH-Wert teilst du den Überschuss durch das gesamte Mischungsvolumen. Unter der üblichen Annahme additiver Volumina ergeben sich beim zweiten Fall 0,0010 mol geteilt durch 0,0350 L, also ungefähr 0,0286 mol/L OH⁻. Das ursprüngliche Laugenvolumen allein wäre der falsche Nenner.
| Zugabe von 0,200 mol/L NaOH | Überschuss nach der Reaktion |
|---|---|
| 5,0 mL → 1,0 mmol OH− | 1,0 mmol H3O+ → sauer |
| 10,0 mL → 2,0 mmol OH− | Kein stöchiometrischer Überschuss → näherungsweise neutral |
| 15,0 mL → 3,0 mmol OH− | 1,0 mmol OH− → basisch |
Bei vollständiger Neutralisation liefert Schwefelsäure insgesamt zwei Protonenäquivalente pro Molekül. Deshalb benötigt ein Mol H₂SO₄ zwei Mol NaOH. Zweiwertige Hydroxide können entsprechend zwei Hydroxidionen pro Formeleinheit liefern.
Die sichere Reihenfolge lautet: Reaktionsgleichung ausgleichen, Stoffmenge bestimmen, Koeffizientenverhältnis anwenden. Die Kurzform c₁V₁ = c₂V₂ gilt unmittelbar nur bei einem Verhältnis 1 : 1. Mehrprotonige Säuren können außerdem stufenweise reagieren.
Am Äquivalenzpunkt wurden Säure und Base im stöchiometrisch passenden Verhältnis umgesetzt. Bei verdünnter Salzsäure und Natronlauge ist die Lösung dort bei 25 °C näherungsweise neutral.
Bei einer schwachen Säure wie Essigsäure und einer starken Base kann die Lösung am Äquivalenzpunkt basisch sein: Die entstandenen Acetationen reagieren ihrerseits mit Wasser. „Passend umgesetzt“ und „pH 7“ sind deshalb keine allgemeinen Synonyme.
Auch im neutralen Wasser existieren geringe Mengen H₃O⁺ und OH⁻. In unserer Bilanz bedeutet „0 mmol übrig“ lediglich, dass kein berechneter Überschuss aus der Zugabe verbleibt.
Die Neutralisation verdünnter starker Säuren mit starken Laugen ist exotherm. Die Energie wird unter anderem als Wärme an die Umgebung abgegeben. Wie stark die Temperatur steigt, hängt von den Mengen, Konzentrationen und Wärmeverlusten ab.
Das ist kein Aufruf, Haushaltsreiniger zu mischen. Praktische Versuche erfolgen mit freigegebenen Lösungen, Schutzbrille und Anleitung im Unterricht. Die digitale Darstellung eignet sich zum Vorhersagen und Erklären der Mengenverhältnisse.
Selbst ausprobieren
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Wähle eine Stufe. Du bekommst zu jeder Antwort eine Rückmeldung und kannst nach einem Tipp erneut antworten. Wähle die passende Antwort. Begründe deine Entscheidung zunächst selbst und vergleiche sie anschließend mit der Erklärung.
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H₃O⁺ und OH⁻
Oxonium überträgt ein Proton auf Hydroxid; es entsteht Wasser.
H₃O⁺ + OH⁻ → 2 H₂O
Links wie rechts sind vier H- und zwei O-Atome; die Gesamtladung ist null.
1 : 1
Ein Oxoniumion gibt ein Proton an ein Hydroxidion ab.
Na⁺ und Cl⁻
Na⁺ und Cl⁻ werden bei der zentralen Protonenübertragung nicht umgesetzt.
Nein, die Salzionen bleiben zunächst gelöst
Die entstandene Natriumchloridlösung enthält weiterhin gelöste Ionen.
Reagierende Stoffmengen
Das Verhältnis 1 : 1 bezieht sich auf die Ionenstoffmengen, nicht auf beliebige Lösungsvolumina.
1 mmol H₃O⁺
Je 2 mmol reagieren miteinander. Von Oxonium bleibt 1 mmol zurück; die Mischung ist sauer.
3 mmol OH⁻
2 mmol Hydroxid werden verbraucht. 5 − 2 = 3 mmol OH⁻ bleiben übrig.
0,00250 mol
n = c·V = 0,100·0,0250 = 0,00250 mol.
12,5 mL
n(NaOH) = 0,00250 mol. V = n/c = 0,0125 L = 12,5 mL.
0,020 mol
H₂SO₄ + 2 NaOH → Na₂SO₄ + 2 H₂O. Das Verhältnis ist 1 : 2.
0,020 mol/L
Die Überschussmenge wird durch das gesamte Mischungsvolumen geteilt: 0,0010/0,0500.
Basisch durch NaOH-Überschuss
Bei gleichem Volumen enthält die Lauge doppelt so viele reagierende Stoffmengenäquivalente.
Sie enthält bewegliche Na⁺- und Cl⁻-Ionen
Neutralität bezieht sich auf das Säure-Base-Verhalten, nicht auf das Fehlen gelöster Ionen.
Stöchiometrisch passende Umsetzung von Säure und Base
Das Reaktionsverhältnis bestimmt den Punkt. Der pH hängt zusätzlich von den Stoffarten ab.
Die gebildeten Acetationen reagieren mit Wasser
Die konjugierte Base der schwachen Säure beeinflusst den pH auch ohne stöchiometrischen Laugenüberschuss.
Kein berechneter Überschuss aus den eingesetzten Mengen
Die Eigenionisation des Wassers bleibt bestehen. Die Bilanz beschreibt den Zugabeüberschuss.
Exotherm
Dabei wird Wärme abgegeben. Die Temperaturänderung hängt auch von Mengen und Wärmeverlusten ab.
Bearbeite drei weitere Aufgaben ohne Nachschlagen. Nutze die Rückmeldung, um gezielt weiterzulernen.
Entscheide ohne Nachschlagen. Pro Aufgabe passt genau eine Antwort.
Die Aufgaben sind unterschiedlich. Die Ergebnisse geben dir eine kurze Orientierung zu deinem Lernstand.
Erst selbst lösen, dann die Lösung öffnen.
Im Stoffmengenverhältnis 1 : 1. Dabei entstehen zwei Wassermoleküle pro umgesetztem Ionenpaar.
1 mmol OH⁻ bleibt im stöchiometrischen Überschuss. Die Mischung ist basisch.
Na⁺ und Cl⁻ bleiben zunächst in Wasser gelöst.
10 mL. Die benötigte NaOH-Stoffmenge beträgt 0,002 mol.
2 mol NaOH gemäß dem Verhältnis 1 : 2.
Nein. Das gilt näherungsweise für starke Säure und starke Base bei 25 °C; schwache Reaktionspartner können andere Werte ergeben.
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