3 Protolyse-Reaktionen

Was du auf dieser Seite lernst

Chlorwasserstoff-Gas (HCl) reagiert mit Wasser zu Oxonium- und Chlorid-Ionen – das ist eine Protolyse-Reaktion nach Brønsted. Du lernst den Springbrunnenversuch zu erklären, Reaktionsgleichungen in Summenformel- und Lewis-Schreibweise aufzustellen und das Protolysen-Schema (Bergab-Reaktion) zu lesen und anzuwenden.

3 Protolyse-Reaktionen

3.1 Chlorwasserstoff-Gas und Wasser (Springbrunnen)

Chlorwasserstoff: Summenformel HCl · polare Atombindung · Gas · stechender Geruch
Wasser: Summenformel H₂O · polare Atombindung · Flüssigkeit · geruchslos

Lewis-Formeln

H — Cl:	Chlorwasserstoff
H — O:	Wasser
\|
H

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Lewis-Formeln von Chlorwasserstoff HCl und Wasser H2O mit freien Elektronenpaaren und polaren Atombindungen

a) Versuch:

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Springbrunnenversuch mit Chlorwasserstoff und Wasser – vergrößert

⚠️ Hinweis: Im Bild steht „Chorwasserstoff" – korrekte Schreibweise: Chlorwasserstoff.

b) Beobachtung:
Das Wasser „schießt" bergauf in den Rundkolben. Die Indikatorfarbe schlägt nach rot/gelb um. Die rote wässrige Lösung ist geruchlos.

c) Reaktionsgleichung – Struktur/Lewisformel:

Es gibt zwei mögliche Reaktionsgleichungen (wenn man zunächst die Säurestärke vernachlässigt). Welche zwei Reaktionsgleichungen sind das?

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1. Möglichkeit – HCl als Säure, H₂O als Base (korrekte Reaktion):

H₂O_(l) + HCl_(g) ⟶ H₃O⁺_(aq) + Cl⁻_(aq)

Wasser Chlorwasserstoff Oxonium-Ion Chlorid-Ion

⇒ bildet zusammen: „Salzsäure"

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Reaktionsgleichung 1. Möglichkeit: HCl gibt H+ an H2O ab – H3O+ und Cl- entstehen (Lewis-Formel)

2. Möglichkeit – H₂O als Säure, HCl als Base:

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2. Möglichkeit – H2O als Säure, Lewis-Formel mit Elektronenpaaren – vergrößert

Chlorwasserstoff ist die stärkere Säure, Hydroxid-Ion (OH⁻) wäre eine sehr starke Base. Durch Elektrolyse wird die 1. Möglichkeit bestätigt: HCl wirkt als Säure.

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Nachweis der gebildeten Ionen:

Leitfähigkeitsmessung: Die Lösung leitet elektrischen Strom → Ionen sind vorhanden.
Elektrolyse: An der Anode (Pluspol) entsteht Cl₂-Gas → Chlorid-Ionen (Cl⁻) müssen vorliegen.

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Elektrolyse von Salzsäure im U-Rohr – vergrößert

Indikator: Bromthymolblau färbt gelb → Oxonium-Ionen (H₃O⁺) sind vorhanden.

Komplette Lösung:

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Reaktionsgleichung (Lewis-Formel):

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Vollständige Reaktionsgleichung HCl und H2O in Lewis-Schreibweise – vergrößert

Reaktionsgleichung (Summenformel):

H₂O_(l) + HCl_(g) ⇌ H₃O⁺_(aq) + Cl⁻_(aq)

Wasser Chlorwasserstoff Oxonium-Ion Chlorid-Ion

„Salzsäure"

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Reaktionsgleichung H2O und HCl als Summenformel mit Produkten Oxonium-Ion und Chlorid-Ion – Salzsäure

Verdünnte Salzsäure enthält hydratisierte Oxonium- und Chlorid-Ionen sowie Wassermolekule.

d) Protolysen-Schema:

↗ Originalbild des Protolysen-Schemas ansehen

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Protolysen-Schema: HCl überträgt H+ auf H2O – Bergab-Reaktion mit Säuren- und Basen-Stärke-Dreiecken – vergrößert

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e) Erklärung:
Chlorwasserstoff-Gas reagiert mit Wasser zu Oxonium-Ionen (H₃O⁺) und Chlorid-Ionen (Cl⁻). Im Kolben entsteht durch das vollständige Auflösen ein Unterdruck. Die H₃O⁺-Ionen färben den Universalindikator bzw. Bromthymolblau rot/gelb.

Salzsäure = wässrige Lösung des Gases Chlorwasserstoff

Leitet man sehr viel HCl-Gas in Wasser ein, reagieren nicht mehr alle HCl-Moleküle mit H₂O. Diese HCl-Moleküle liegen „gelöst" vor – es entsteht rauchende bzw. konzentrierte Salzsäure.

	Leitfähigkeit	Geruch	Indikatorpapier	Teilchen
Verdünnte Salzsäure	+	−	rot	H₂O, H₃O⁺, Cl⁻
Rauchende Salzsäure	+	+	rot	H₂O, H₃O⁺, Cl⁻, HCl

Auf einen Blick – die wichtigsten Aussagen

Protolyse (Brønsted)

Eine Protolyse ist die Übertragung eines Protons (H⁺) vom Protonendonator (Säure) auf den Protonenakzeptor (Base).

Springbrunnen

HCl löst sich vollständig in H₂O auf → Ionen bilden sich → Unterdruck entsteht → Atmosphärendruck drückt Wasser hoch.

Bergab-Reaktion

Das Proton wandert von der stärkeren Säure (HCl) zur stärkeren Base (H₂O) – immer zur schwächeren Säure/Base hin.

Salzsäure

Salzsäure = wässrige Lösung von HCl. Enthält H₃O⁺, Cl⁻ und H₂O; konzentriert zusätzlich gelöstes HCl.

Häufige Fragen – Protolyse-Reaktionen

Warum schießt das Wasser beim Springbrunnenversuch in den Kolben?

HCl-Gas reagiert sofort mit dem eingetretenen Wasser zu H₃O⁺- und Cl⁻-Ionen. Dadurch sinkt der Gasdruck im Kolben stark. Der Atmosphärendruck drückt das Wasser durch das Glasrohr nach oben – der „Springbrunnen-Effekt". Die Indikatorfarbe zeigt: die Lösung ist sauer (H₃O⁺-Ionen).

Was ist der Unterschied zwischen Chlorwasserstoff und Salzsäure?

Chlorwasserstoff (HCl) ist ein farbloses Gas mit stechendem Geruch. Salzsäure ist die wässrige Lösung dieses Gases: HCl löst sich in H₂O und bildet dabei Oxonium-Ionen (H₃O⁺) und Chlorid-Ionen (Cl⁻). Verdünnte Salzsäure ist geruchlos, da kein HCl mehr als Gas vorliegt.

Was versteht man unter einer Protolyse nach Brønsted?

Nach Brønsted ist eine Säure ein Protonendonator (gibt H⁺ ab) und eine Base ein Protonenakzeptor (nimmt H⁺ auf). Eine Protolyse ist die Übertragung eines Protons. Das Protolysen-Schema zeigt: Die Reaktion läuft stets von der stärkeren Säure/Base zu den schwächeren Produkten – die sogenannte Bergab-Reaktion. Mehr dazu: Brønsted-Definition (Kl. 9).

Wie weist man Chlorid-Ionen in Salzsäure nach?

Durch Elektrolyse: An der Anode (Pluspol) entwickelt sich Chlorgas (Cl₂), das durch Oxidation von Cl⁻ entsteht – direkter Nachweis. Außerdem fällt bei Zugabe von Silbernitrat-Lösung (AgNO₃) ein weißer Niederschlag aus Silberchlorid (AgCl) aus.

Was enthält rauchende Salzsäure im Vergleich zu verdünnter Salzsäure?

Verdünnte Salzsäure enthält nur H₂O, H₃O⁺ und Cl⁻ – alles HCl hat mit Wasser reagiert. In konzentrierter (rauchender) Salzsäure ist so viel HCl gelöst, dass nicht mehr alle Moleküle mit H₂O reagieren können. Sie liegen als undissoziiertes HCl vor → stechender Geruch, „Rauchen" an feuchter Luft. Mehr zur Konzentration: Konzentration von Lösungen (Kl. 9).

Lernkarten – Protolyse von Chlorwasserstoff

Klicke auf eine Karte, um die Antwort zu sehen.

1

Was ist eine Protolyse-Reaktion nach Brønsted?

Übertragung eines Protons (H⁺) vom Protonendonator (Säure) auf den Protonenakzeptor (Base).

2

Erkläre den Springbrunnenversuch mit HCl!

HCl löst sich schnell in H₂O → Ionenbildung → Gasdruck sinkt → Atmosphärendruck drückt Wasser nach oben in den Kolben.

3

Warum wirkt HCl als Säure und H₂O als Base?

HCl ist die stärkere Säure. Im Protolysen-Schema reagiert immer die stärkere Säure mit der stärkeren Base (Bergab-Reaktion).

4

Welche Teilchen enthält verdünnte vs. rauchende Salzsäure?

Verdünnt: H₂O, H₃O⁺, Cl⁻
Rauchend: zusätzlich gelöstes HCl → stechender Geruch

5

Berechne: Welche Masse HCl (M = 36,5 g/mol) steckt in 250 mL 0,2-mol/L-Salzsäure?

n = c · V = 0,2 mol/L · 0,25 L = 0,05 mol
m = n · M = 0,05 mol · 36,5 g/mol = 1,825 g

Weiter im Kapitel Säure-Base-Reaktionen

→ 3.2 Chlorwasserstoff und Ammoniak → Brønsted-Definition → Stärke von Säuren und Basen

🔗 Verwandte Themen: pH-Wert und Oxonium-Ionen · Konzentration von Lösungen · Neutralisation

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3 Reaktion von festem Ammoniumchlorid und festem Natriumhydroxid

a) Versuch mit Skizze

Die beiden Salze NH₄Cl und NaOH werden gemeinsam im Mörser zerrieben. Nach dem Zerreiben wird ein angefeuchtetes Indikatorpapier über die Schale gehalten; zusätzlich wird eine Geruchsprobe vorgenommen.

b) Beobachtung:

Es entsteht ein stechend riechendes Gas. Das feuchte Indikatorpapier färbt sich blau. Die Festsubstanz im Mörser wird feucht.

c) Auswertung:

I. Teilchengleichung

II. Reaktionsgleichung

NH₄Cl	+	NaOH	→	NH₃	+	NaCl	+	H₂O
Ammoniumchlorid		Natriumhydroxid		Ammoniak		Natriumchlorid		Wasser

III. Protolysenschema

Aufgabe: Formuliert für diese chemische Reaktion ein Protolyse-Schema

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6 Chlorwasserstoff-Gas und Wasser

6 Chlorwasserstoff-Gas und Wasser (Springbrunnen)

Chlorwasserstoff: Summenformel HCl, polare Atombindung, Gas, stechender Geruch

Wasser: Summenformel H₂O, polare Atombindung, Flüssigkeit, geruchslos

a) Versuch:

b) Beobachtung:
Das Wasser „schießt“ bergauf in den Rundkolben. Die Indikatorfarbe schlägt nach rot/gelb um. Die rote wässrige Lösung ist geruchlos.

c) Reaktionsgleichung – Struktur/Lewisformel:

Theoretisch gibt es zwei Möglichkeiten, wie Wasser und Chlorwasserstoff reagieren können.

Formuliere einmal diese zwei Möglichkeiten als Reaktionsgleichung mit Strukturformeln.
Entscheide, welche dieser beiden möglichen Reaktionen tatsächlich abläuft. Falls du nicht drauf kommst, gehe zurück zum Thema: Säure-Stärke

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1. Möglichkeit:

2. Möglichkeit:

Chlorwasserstoff ist die stärkere Säure, da Chlor ein größeres Atom ist, als Wasserstoff. Außerdem ist das Hydroxid-Ion ist eine sehr starke Base.

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Nachweis der gebildeten Ionen:

Leitfähigkeitsmessung
durch Elektrolyse: An der Anode (+-Pol) entsteht dabei Cl₂-Gas. Somit müssen in der verdünnten Salzsäure Chlorid-Ionen (Cl⁻-Ionen) vorliegen.

durch Indikator: Die Gelbfärbung bei Bromthymolblau zeigt Oxonium-Ionen (H₃O⁺) an.

Reaktionsgleichung Zusammenfassung

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Begründung:
Chlor (vom Chlorwasserstoff) ist ein größeres Atom als Sauerstoff (vom Wasser). Deshalb ist Chlorwasserstoff eine stärkere Säure und gibt das Proton (H⁺) und Wasser nimmt das Proton auf.
verdünnte Salzsäure enthält hydratisierte Oxonium- und Chlorid-Ionen und Wassermoleküle.

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Verdünnte Salzsäure enthält hydratisierte Oxonium- und Chlorid-Ionen und Wassermoleküle.

d) Protolyseschema

Formuliere für diese Reaktion einmal das Protolyseschema:

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e) Erklärung:
Chlorwasserstoff-Gas reagiert mit Wasser. Im Zylinder entsteht ein Unterdruck. Die Oxonium-Ionen färben den Universalindikator/Bromthymolblau rot/gelb.

Salzsäure: = wässrige Lösung des Gases Chlorwasserstoff

Wenn man sehr viel HCl-Gas in Wasser einleitet, reagieren nicht mehr alle HCl-Moleküle mit den H₂O-Molekülen. Diese HCl-Moleküle liegen „gelöst“ vor. Es ist so „rauchende“ bzw. konzentrierte Salzsäure entstanden.

	Leitfähigkeit	Geruch	Indikatorpapier	Teilchen
verdünnte Salzsäure	+	-	rot	H₂O, H₃O⁺, Cl⁻
rauchende Salzsäure	+	+	rot	H₂O, H₃O⁺, Cl⁻, HCl