Säure-Base-Gleichgewichte
Dieses Kapitel veranschaulicht die Chemie von Säure-Base-Reaktionen und -Gleichgewichten und stellt dem Schüler Werkzeuge zur Quantifizierung der Konzentrationen von Säuren und Basen in Lösungen zur Verfügung.
Brønsted-Lowry-Säuren und -Basen
Nach Abschluss dieser Lektion wird vom Schüler erwartet, dass er die folgenden chemischen Prinzipien beherrscht: Identifizierung chemischer Agenzien: Der Schüler soll Säuren, Basen und ihre jeweiligen konjugierten Paare in strikter Übereinstimmung mit der Brønsted-Lowry-Theorie identifizieren. Formulierung von Reaktionen: Der Schüler soll formale Gleichungen aufstellen, die die Ionisierung von sauren und basischen Substanzen darstellen. Berechnungen des wässrigen Gleichgewichts: Unter Verwendung des Ionenprodukts des Wassers soll der Schüler die präzisen Konzentrationen von Hydronium- und Hydroxidionen in einer Lösung bestimmen. Beobachtung von Amphiprotie: Der Schüler soll das duale Verhalten amphiprotischer Substanzen, die je nach Umständen entweder als Säure oder als Base fungieren können, genau beschreiben.
pH und pOH
Nach Abschluss dieses Abschnitts wird vom Schüler erwartet, dass er die folgenden Kompetenzen erwirbt: Klassifizierung wässriger Lösungen: Der Schüler soll die Methoden erläutern, mit denen eine Lösung als sauer, basisch oder neutral charakterisiert wird. Ausdruck ionischer Konzentrationen: Der Schüler soll die Konzentrationen von Hydronium- und Hydroxidionen durch die formale Anwendung der pH- und pOH-Skalen ausdrücken. Mathematische Verknüpfung von Skalen: Der Schüler soll die notwendigen Berechnungen durchführen, um pH- und pOH-Werte zueinander in Beziehung zu setzen.
Relative Stärken von Säuren und Basen
Nach Abschluss dieses Abschnitts wird vom Schüler erwartet, dass er die folgenden wissenschaftlichen Fertigkeiten nachweist: Bewertung der chemischen Potenz: Der Schüler soll die relativen Stärken saurer und basischer Substanzen mittels ihrer jeweiligen Ionisierungskonstanten beurteilen. Rationalisierung struktureller Trends: Der Schüler soll eine rationale Erklärung für die Variationen der Säure-Base-Stärke in Bezug auf die zugrunde liegende Molekülstruktur der Materie liefern. Ausführung von Gleichgewichtsberechnungen: Der Schüler soll die erforderlichen mathematischen Berechnungen zum Gleichgewicht schwacher Säure- und Basesysteme durchführen.
Hydrolyse von Salzlösungen
Nach Abschluss dieses Abschnitts wird vom Schüler erwartet, dass er die folgenden wissenschaftlichen Fertigkeiten nachweist: Vorhersage des Salzcharakters: Der Schüler soll durch theoretische Ableitung bestimmen, ob das Lösen eines bestimmten Salzes in Wasser zu einer sauren, basischen oder neutralen Lösung führt. Berechnung ionischer Spezies: Der Schüler soll mit mathematischer Präzision die Konzentrationen der verschiedenen chemischen Spezies berechnen, die in einer Salzlösung im Gleichgewicht vorliegen. Erklärung der Metallhydrolyse: Der Schüler soll den chemischen Prozess beschreiben – namentlich die Wechselwirkung zwischen Wasser und bestimmten Metallkationen –, der deren Lösungen einen sauren Charakter verleiht.
Polyprotische Säuren
Nach Abschluss dieses Abschnitts wird vom Schüler erwartet, dass er die folgende wissenschaftliche Fertigkeit nachweist: Erweiterung von Gleichgewichtsprinzipien: Der Schüler soll die zuvor aufgestellten Gesetze des chemischen Gleichgewichts auf solche Säuren und Basen ausdehnen, die in der Lage sind, mehr als ein Proton abzugeben oder aufzunehmen.
Puffer
Nach Abschluss dieses Abschnitts wird vom Schüler erwartet, dass er die folgenden wissenschaftlichen Fertigkeiten nachweist: Beschreibung von Pufferreagenzien: Der Schüler soll die chemische Zusammensetzung und die stabilisierende Funktion von Säure-Base-Puffern beschreiben, insbesondere deren Fähigkeit, Änderungen des Säure- oder Alkalitätsgrades zu widerstehen. Berechnung von Puffergleichgewichten: Der Schüler soll den pH-Wert einer Pufferlösung mit mathematischer Exaktheit berechnen, sowohl im Ausgangszustand als auch nach der Zugabe zusätzlicher Mengen an Säure oder Base.
Säure-Base-Titrationen
Nach Abschluss dieses Abschnitts wird vom Schüler erwartet, dass er die folgenden wissenschaftlichen Fertigkeiten nachweist: Interpretation von Titrationskurven: Der Schüler soll die grafischen Darstellungen der pH-Wert-Änderung, bekannt als Titrationskurven, für Systeme interpretieren, die sowohl starke als auch schwache Säuren und Basen betreffen. Berechnung von pH-Stadien: Der Schüler soll mit mathematischer Strenge den pH-Wert einer Probe an kritischen Punkten des Titrationsprozesses berechnen, einschließlich des Ausgangszustands, des Pufferbereichs, des Äquivalenzpunkts und des Zustands des Titrantenüberschusses. Erklärung der Indikatorfunktion: Der Schüler soll die chemische Funktion von Säure-Base-Indikatoren erklären, bei denen es sich selbst um schwache organische Säuren oder Basen handelt, die bei Aufnahme oder Abgabe eines Protons eine sichtbare Farbänderung erfahren.