Aufgabe 3.1 - Säurestärke von Salpetersäure und Salpetrig… · Abitur Hessen Chemie LK 2022

Thema: Säure-Base-Reaktionen und pH-Wert · Aus der Prüfung LK (2022)

Aufgabenstellung

Material 1

Verfahren zur Herstellung von Salpetersäure

Schritt 1: Beim Birkeland-Eyden-Verfahren wird der in der Luft enthaltene Stickstoff bei Temperaturen von bis zu 3000 ∘C3000\,^\circ\mathrm{C} mit dem in der Luft enthaltenen Sauerstoff zu Stickstoffmonooxid umgesetzt.

Schritt 2: Beim Abkühlen reagiert Stickstoffmonooxid mit Luftsauerstoff weiter zu Stickstoffdioxid.

Schritt 3: Stickstoffdioxid wird in Wasser eingeleitet und reagiert zu einem Gemisch aus Salpetersäure (HNO3\mathrm{HNO_3}) und Salpetriger Säure (HNO2\mathrm{HNO_2}).

Schritt 4: Salpetrige Säure zerfällt ohne weitere Reaktionspartner in Wasser, Salpetersäure und Stickstoffmonooxid.

Material 2

Molare Standardbildungsenthalpien

Name des Stoffes · molare Standardbildungsenthalpie

ΔfHm0 [kJmol]\Delta_\mathrm{f}\mathrm{H}_\mathrm{m}^0\ \left[\frac{\mathrm{kJ}}{\mathrm{mol}}\right]

Stickstoffdioxid(g)_{(\mathrm{g})} · +33+33

Stickstoffmonooxid(g)_{(\mathrm{g})} · +90+90

Material 3

pKS\mathrm{pK_S}-Werte von Salpetersäure und Salpetriger Säure

pKS-Wert A: 3,15\mathrm{pK_S}\text{-Wert A: } 3{,}15

pKS-Wert B: −1,3\mathrm{pK_S}\text{-Wert B: } -1{,}3

3.1 Ordnen Sie der Salpetersäure (HNO3\mathrm{HNO_3}) und der Salpetrigen Säure (HNO2\mathrm{HNO_2}) jeweils begründet einen der in Material 3 genannten pKS\mathrm{pK_S}-Werte zu. [4 BE]

a)

pKS\mathrm{pK_S}-Wert A = 3,15

pKS\mathrm{pK_S}-Wert B = −1,3

b)

pKS\mathrm{pK_S}-Wert A = 3,15

pKS\mathrm{pK_S}-Wert B = −1,3

c)

Aufgabenstellung: Aufgabe 3.1 - Säurestärke von Salpetersäure und Salpetrig… · Abitur Hessen Chemie LK 2022

Lösung

Nach den offiziellen Korrekturhinweisen

Zuordnung der pKs-Werte zu Salpetriger Säure (HNO2) und Salpetersäure (HNO3)

Lösung: Salpetrige Säure: pKs-Wert A = 3,15; Salpetersäure: pKs-Wert B = −1,3

Begründung der Zuordnung anhand der Molekülstruktur

Lösung: Im Salpetersäure-Molekül sind drei Sauerstoff-Atome mit –I-Effekt gebunden, im Molekül der Salpetrigen Säure nur zwei. Somit kann das Salpetersäure-Molekül leichter das Proton abspalten als das Molekül der Salpetrigen Säure. Daher ist die Säurestärke der Salpetersäure größer und der pKs-Wert niedriger. (Alternativ: Begründung über die unterschiedlich starke Mesomeriestabilisierung der Säurerest-Ionen: Nitrat-Ion besitzt drei mesomere Grenzstrukturen, Nitrit-Ion nur zwei.)

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