Neutralisationsreaktionen von Säuren und Basen

Neutralisationsreaktionen von Säuren und Basen Übung

• Beschreibe den Ablauf bei der Neutralisation anhand des Beispiels der Verdauungstabletten.

  Tipps

  Eine Neutralisation kann zur Gewinnung von Salz oder zur Entfernung von gefährlichen Säuren oder Basen genutzt werden.

  Der pH-Wert einer starken Base, wie zum Beispiel Natronlauge beträgt $13-14$.

  Bei vollkommen reinem Wasser, also vor allem ohne $\text{CO}_2$, gilt $\text{pH}=7$. Wir bezeichnen es als neutral.

  Lösung

  Wenn Säuren mit Basen reagieren, findet eine wichtige chemische Reaktion statt. Dazu muss eine vorgegebene Menge an Säure mit der passenden Menge einer Base gemischt werden, sodass eine chemisch neutrale Lösung entstehen kann.

  Ein Beispiel für eine Neutralisationsreaktion ist die Einnahme von Verdauungstabletten. Der Magen enthält natürlicherweise Salzsäure mit $\text{pH=2}$. Befindet sich im Magen nun zu viel dieser Säure, kann sie mit Hilfe von Verdauungstabletten neutralisiert werden, da diese aus Basen wie Natriumhydrogenkarbonat bestehen.

  Bei jeder Neutralisation reagiert eine Säure mit einer Base zu Salz und Wasser.

• Zeige die Eigenschaften von Neutralisationsreaktionen auf.

  Tipps

  Die Ausgangsstoffe bei einer Neutralisation sind stets mindestens eine Säure und eine Base. Als Produkt entsteht ein Lösung, die als chemisch neutral bezeichnet wird.

  Ein Beispiel für eine Reaktion, bei der eine Säure mit einer Metallkarbonatsäure reagiert, lautet wie folgt:

  $\text{Salzs}\ddot{\text{a}}\text{ure } +\text{Natriumhydrogenkarbonat} \rightarrow$ $\text{Wasser} + \text{Natriumchlorid}+\text{Kohlenstofffdioxid}$

  Lösung

  Wir betrachten die Neutralisation als wichtige chemische Reaktion einer Säure mit einer Base. Dazu muss eine vorgegebene Menge an Säure mit der passenden Menge einer Base gemischt werden, sodass eine chemisch neutrale Lösung entstehen kann.

  Als Reaktionsgleichung schreiben wir:

  • $\text{S}\ddot{\text{a}}\text{ure } +\text{Base} \rightarrow \text{Wasser} + \text{Salz}$

  Als spezielle Neutralisation betrachten wir die Reaktion einer Säure mit einer Metallkarbonatbase, dabei entsteht ein Metallsalz und zusätzlich Kohlenstoffdioxid.

  • $\text{S}\ddot{\text{a}}\text{ure } +\text{Base} \rightarrow \text{Wasser} + \text{Metallsalz} + \text{CO}_2$

  Ein Beispiel hierfür ist die Reaktion der Salzsäure im Magen mit dem alkalischen Natriumhydrogencarbonat aus Magentabletten. Die Neutralisation wird genutzt, um die Schmerzen, die zu viel Säure im Magen verursacht, zu lindern. Es entsteht dabei das Salz Natriumchlorid, Wasser und Kohlenstoffdioxid.

  • $\text{Salzs}\ddot{\text{a}}\text{ure } +\text{Natriumhydrogenkarbonat} \rightarrow \text{Wasser} + \text{Natriumchlorid}+\text{Kohlenstofffdioxid}$

• Entscheide, ob es sich um Neutralisationsreaktionen handelt.

  Tipps

  Für eine Neutralisationsreaktion wird immer eine Säure und Base benötigt.

  Löschkalk ist eine andere Bezeichnung für das alkalische Calciumhydroxid.

  Lösung

  Richtig sind folgende Aussagen:
  Saure Böden können durch Zugabe von Löschkalk (Calciumhydroxid) neutralisiert werden. Die Neutralisation von Säuren (hier durch $\text{H}^{+}$ repräsentiert) durch Löschkalk geschieht durch die folgende Reaktion:

  $2\, \text{H}^{+} + \text{Ca(OH)}_2 \rightarrow \text{Ca}^{2+} + 2\, \text{H}_2 \text{O}$

  Bei der Herstellung von nitrathaltigem Dünger wird eine Säure mit einer Base neutralisiert, sodass ein Nitrat-Salz entsteht. Es reagieren also Säure und Base zu Salz und Wasser.

  Eine Neutralisation, die wir häufig im Alltag beobachten können, geschieht beim Putzen mit Essigreiniger. Der Essigreiniger dient dabei zur Entfernung von Kalk, der mit Wasser nicht entfernt werden kann. Hierbei kommt es zu einer Reaktion des alkalischen Kalk (Calciumcarbonat) mit der Essigsäure. Dabei entsteht gut lösliches Calciumacetat, Wasser und Kohlenstoffdioxid. Letzteres ist auch der Grund für das Schäumen, denn das Kohlenstoffdioxid ist gasförmig und steigt durch das flüssige Reaktionsgemisch nach oben.

  $\text{CaCO}_3 + 2\, \text{CH}_3 \text{COOH} \rightarrow \text{Ca(CH}_3 \text{COO)}_2 + \text{H}_2 \text{O} + \text{CO}_2$

  $~$

  Falsch sind diese Aussagen:
  Die Atmung ist zwar eine lebensnotwendige chemische Reaktion, aber keine Neutralisation. Sie ist im Grunde die Umkehrreaktion der Fotosynthese. Dabei reagieren Sauerstoff und Glucose zu Kohlenstoffdioxid und Wasser. Glucose ist aber zum Beispiel chemisch neutral, daher weder eine Base noch Säure.

  $\text{C}_6 \text{H}_{12} \text{O}_6 + 6\, \text{O}_2 \rightarrow 6\, \text{CO}_2 + 6\, \text{H}_2 \text{O}$

  Durch die Oxidation von Kupfer entsteht neutrales Kupferoxid. Kupfer ist chemisch neutraler. Bei dieser Reaktion handelt es sich um eine Oxidationsreaktion.

  $\text{Cu} + \text{O} \rightarrow \text{CuO}$

• Stelle die Reaktionsgleichungen für die Neutralisationsreaktionen auf.

  Tipps

  Die Reaktionsgleichung für die Reaktion von Löschkalk und Schwefelsäure lautet:

  $\text{H}_2 \text{SO}_4 + \text{Ca(OH)}_2 \rightarrow \text{CaSO}_4 + 2\, \text{H}_2 \text{O}$

  Lösung

  • Reaktion 1:

  Das Salz Kaliumnitrat kann als Dünger genutzt werden. Zur Gewinnung kannst du eine Neutralisationsreaktion zwischen Salpetersäure und Kaliumhydroxid ablaufen lassen:

  $~$ $\text{Salpeters}\ddot{\text{a}}\text{ure }+\text{Kaliumhydroxid}\rightarrow \text{Kaliumnitrat}+ \text {Wasser}$

  $\text{HNO}_3 + \text{KOH} \rightarrow \text{KNO}_3 + \text{H}_2 \text{O}$

  • Reaktion 2:

  Bei Sodbrennen können zur Neutralisation der überflüssigen Salzsäure im Magen auch Tabletten mit alkalischem Magnesiumhydroxid genutzt werden. Im Gegensatz Natriumhydrogenkarbot, handelt es sich hierbei nicht um eine Metallkarbonatsäure, sodass nur ein Salz und Wasser entstehen: $~$ $\text{Salzs}\ddot{\text{a}}\text{ure }+\text{Magnesiumhydroxid} \rightarrow \text{Magnesiumchlorid} + \text{Wasser}$

  $2\, \text{HCl} + 2\, \text{Mg(OH)}_2 \rightarrow \text{MgCl}_2 + 2\, \text{H}_2 \text{O}$

  • Reaktion 3:

  Ein saurer Boden kann zum Beispiel durch Dünger oder andere Verunreinigungen entstehen, wenn sich dort Säuren bilden. Um den pH-Wert wieder in den neutralen Bereich zu bringen, kann man Löschkalk (Calciumhydroxid) nutzen, dabei läuft unter anderem für die Schwefelsäure die folgende Neutralisationsreaktion ab:

  $\text{Schwefels}\ddot{\text{a}}\text{ure }+\text{Calciumhydroxid} \rightarrow \text{Calciumsulfat}+ \text{Wasser}$

  $\text{H}_2 \text{SO}_4 + \text{Ca(OH)}_2 \rightarrow \text{CaSO}_4 + 2\, \text{H}_2 \text{O}$

• Bestimme die Neutralisationsreaktionen.

  Tipps

  Bei einer Neutralisation reagieren stets eine Säure und eine Base miteinander, sodass am Ende Produkte entstehen, die wir als chemisch neutral bezeichnen.

  Bei der Fotosynthese läuft die folgende Reaktion ab:

  $\text{Kohlenstoffdioxid} +\text{Wasser} \rightarrow \text{Wasser} + \text{Sauerstoff}+ \text{Glucose}$

  Lösung

  Hierbei handelt es sich um Neutralisationsreaktionen:

  • Beispiel 1:

  Zum Atmen nutzen Taucher unter Wasser eine Sauerstoffflasche. Die Luft, die sie ausatmen, enthält viel Kohlenstoffdioxid und wird normalerweise einfach in Form von Blasen an das Wasser abgegeben. Da die Tauchzeit nun auf die Menge des in der Flasche befindlichen Luft begrenzt ist, wurde nach einer Alternative gesucht, um die Luft erneut nutzbar zu machen.

  Dazu wurde ein Kreislauftauchgerät entwickelt, in dem sich basischer Atemkalk befindet. Bei der Neutralisationsreaktion reagiert nun das saure Kohlenstoffdioxid mit dem basischen Atemkalk, sodass Wasser und Salz entstehen. Da nun das Kohlendioxid aus der Luft entfernt wurde, kann sie gefahrlos nochmals eingeatmet werden.

  $\text{Kohlenstoffdioxid} +\text{Atemkalk} \rightarrow \text{Wasser} + \text{Salz}$

  • Beispiel 2:

  Dein Magen enthält Salzsäure, diese hilft bei der Verdauung und verhindert Bakterienwachstum. Salzsäure hat einen pH-Wert von ca. $2$, ist also sehr sauer. Hat dein Körper nun zu viel davon produziert, können Verdauungstabletten helfen, die Säure durch eine chemische Reaktion zu neutralisieren.

  Die Verdauungstabletten bestehen aus Basen wie zum Beispiel Natriumhydrogencarbonat $\text{NaHCO}_3$. Bei der chemischen Reaktion reagieren nun die beiden Stoffe miteinander, sodass eine neutrale Salzlösung entsteht.

  $\text{Salzs}\ddot{\text{a}}\text{ure } +\text{Natriumhydrogenkarbonat} \rightarrow \text{Wasser} + \text{Natriumchlorid}+\text{Kohlenstofffdioxid}$

  $~$

  Hierbei handelt es sich um keine Neutralisationsreaktion:

  Während wir Menschen Sauerstoff einatmen und mehr Kohlenstoffdioxid ausatmen, machen Pflanzen die Luft für uns wieder nutzbar. Unter Anwesenheit von Wasser und Licht, das uns die nötige Energie liefert, wandeln sie das Kohlenstoffdioxid in Sauerstoff und Glucose um. Hier werden keine Säure und Base zur Reaktion gebracht, es handelt sich also nicht um eine Neutralisationsreaktion.

  $\text{Kohlenstoffdioxid} +\text{Wasser} \rightarrow \text{Wasser} + \text{Sauerstoff}+ \text{Glucose}$

• Entscheide, wie eine Neutralisation sichtbar gemacht werden kann.

  Tipps

  Säuren und Basen besitzen bei Zugabe von einem geeigneten Indikator unterschiedliche Farben.

  Salze können in einer neutralen Salzlösung in Ionen vorliegen.

  Lösung

  Ob eine Neutralisation abgelaufen ist oder nicht, erkennt man am besten anhand des pH-Wertes. Die Säure hat vorher einen niedrigen pH-Wert (meist zwischen $1$ und $4$) und die Base einen hohen ($11 - 14$). Die neutrale Lösung sollte am Ende einen pH-Wert von ca. $7$ haben.

  Zur Bestimmung des pH-Wertes können wir die folgenden Möglichkeiten nutzen:

  • Einen Indikator, der einen Farbumschlag im neutralen Bereich, also pH-Wert ungefähr $7$ hat. Damit können wir bestätigen, dass die Lösung am Ende neutral ist.

  • Lackmuspapier: Damit können wir die pH-Werte der Ausgangsstoffe (Edukte) bestimmen und diese mit dem des Produkts vergleichen.

  Falsch:

  • Es hilft uns jedoch nicht zu bestimmen, ob Kohlenstoffdioxid entsteht, denn dies entsteht bei Neutralisationsreaktionen nur wenn Metallkarbonatbasen beteiligt sind. Kohlenstoffdioxid kann außerdem auch bei anderen Reaktionen frei werden.

  • Auch die Tatsache, dass es sich um eine exotherme Reaktion handelt, ist kein Kriterium für eine Neutralisation.

  • Nur wenn ein Salz in einer Lösung ausfällt, handelt es sich um eine Neutralisation, ist ebenfalls nicht korrekt, da Salze in einer neutralen Salzlösung in Ionen vorliegen können.