Aufgabenstellung

Ihr lernt hier das Grundprinzip der Titration und deren Auswertung kennen. Um dieses Prinzip besser zu verstehen, arbeitet Ihr mit Säuren und Basen bekannter Stoffmengenkonzentration. Am Ende dieser Übung werdet Ihr erkennen, warum es in der Chemie üblich ist, die Konzentration als Stoffmengenkonzentration in mol/l anzugeben.

Sicherheit

Natronlauge, Salzsäure und Schwefelsäure in der Konzentration 0,1 mol/l: H290

Chemikalien

	Natronlauge, 0,1 mol/l, 1 l		673 8411
	Salzsäure, 0,1 mol/l, 1 l		674 6960
	Schwefelsäure, 0,1 mol/l, 1 l
	Bromthymolblau-Lösung, 0,1 %, 50 ml		671 0800

Materialien

Was versteht man unter einer Titration?

Ein bekannter Stoff unbekannter Konzentration (die Probelösung), wird mit einem Stoff bekannter Konzentration (der Maßlösung) in einer chemischen Reaktion vollständig umgesetzt. Aus dem Verbrauch der Maßlösung kann man auf die Konzentration der Probelösung zurückrechnen.

Um das Prinzip besser zu verstehen spielen wir am Anfang mit aufgedeckten Karten, das bedeutet, wir kennen auch die Konzentration der Probelösung.

Die Probelösung ist im ersten Versuch Salzsäure, im zweiten Versuch Schwefelsäure. Die Maßlösung ist bei unseren Versuchen immer Natronlauge.

1. Bei der Titration läuft folgende chemische Reaktion ab:

Säure  +  Base $\longrightarrow$ Salz   + Wasser

Am Äquivalenzpunkt sind genausoviel Hyroxidionen zugegeben worden, wie Oxoniumionen ursprünglich in der Lösung vorhanden waren (oder umgekehrt). Mit einem Säure-Base-Indikator kann man genau erkennen, wann der Äquivalenzpunkt erreicht ist. An diesem Punkt ändert sich die Farbe in typischer Weise, je nachdem welcher Indikator verwendet wurde. Dies wird der Umschlagpunkt des Indikators genannt.

Bei der Titration von starken Säuren mit starken Basen (wie in unserem Beispiel mit Salzsäure, Schwefelsäure und Natronlauge) liegt am Äquivalanzpunkt eine neutrale Lösung von Salz vor.

Beim Umschlagpunkt des Indikators wird abgelesen, wieviel Natronlauge zugegeben wurde. Dies nennt man den Verbrauch.

Bromthymolblau - eine Säure-Base-Indikator

1. Bei dieser Titration wird der Indikator Bromthymolblau verwendet.

   

   Welche Farben hat der Indikator Bromthymolblau im sauren, neutrale und alkalischen?

   im Sauren: gelb; im neutralen: grün; im alkalischen: blau

Der Umgang mit der Spritze

Wie wird abgelesen?

1. Gearbeitet wird mit einer 1 ml Spritze, die in diesem Beispiel mit einem Mililiter Flüssigkeit gefüllt war:

   

   Beantworte die Fragen Mithilfe des obigen Bildes	Antwort
   Wieviel ml wurden bereits aus der Spritze entnommen?	0,43 ml
   Wieviel ml sind noch in der Spritze enthalten?	0,57 ml
   Welcher Menge entspricht der Abstand zwischen zwei kleinen Teilchstrichen?	0,01 ml

Spritzen nicht durcheinander bringen

1. Jeweils eine Spritze für die verschiedenen Lösungen verwenden, mehrmals benutzen.

Luftblasen als Quelle von flaschen Werten

1. Beim Füllen der Spritze müsst Ihr darauf achten, dass sich keine Luftblase in der Spritze befindet (in der Anleitung wird dann davon gesprochen, die Spritze soll luftblasenfrei befüllt werden). Wie sich eine Luftblase bemerkbar macht, seht Ihr im folgenden Bild:

   

   Wie kann die Sicherheit beim Anschnipsen erhöht werden, damit keine Flüssigkeit herausspritzt?

   Über die Öffnung ein Papiertuch halten.

Wie kann ich die Genauigkeit erhöhen?

1. Die Tropfengröße kann verkleinert werden, wenn man eine sogenannte Eppendorfspitze aufsetzt:

   

   Die gelben Pipettenspitzen werden direkt unter dem Wulst mit einer Schere abgeschnitten, dann passen sie sehr gut auf die Spritze. Die Spritze zuerst luftblasenfrei füllen, dann die Spitze aufsetzen und jetzt erst auf Null einstellen. Die Pipettenspitze muss komplett mit Flüssigkeit gefüllt sein.

   Probiere aus, wie sich die Pipettenspitze auf die Tropfengröße auswirkt:

   Probevolumen zugetropft	Tropfenzahl
   0,2 ml Flüssigkeit ohne Pipettenspitze	4 Tropfen
   0,2 ml Flüssigkeit mit Pipettenspitze	8 Tropfen

Was passiert mit den Spritzen nach der Titration?

1. Die Spritzen können nach dem Reinigen und Trocknen wiederverwendet werden. Dadurch entsteht weniger Abfall. Zum Reinigen wird mehrmals sauberes Wasser durch die Spritze gezogen. Dann wird der Stempel herausgezogen, so dass die Spritze trocken kann.

   Die Messung wird verfälscht, wenn die Spritzen nass sind. Begründe:

   Konzentration der Lösungen wird verändert.

Durchführung

Versuch 1: Titration von Salzsäure mit Natronlauge

1. Fülle eine Spritze luftblasenfrei mit 0,8 ml Salzsäure.
2. Gebe die Salzsäure in einen 25 ml Erlenmeyerkolben und fülle bis auf 15 ml mit destilliertem Wasser auf. Die genaue Wassermenge ist nicht so wichtig.
3. Gebe noch 3 Tropfen Bromthymolblau-Indikator dazu und schüttle um. Welche Farbe hat jetzt die Lösung?

   Die Lösung ist gelb.

4. Nun wird eine neue Spritze luftblasenfrei mit 1 ml Natronlauge gefüllt.
5. Gebe nun Tropfen für Tropfen von der Natronlauge zu, schüttle nach jedem Tropfen. Sobald die Farbe nach Blau umgeschlagen ist, liest Du den Verbrauch an der Spritze ab. Tropfe nun vorsichtig solange zu, bis sich die Farbe ändert.
6. Notiere den Verbrauch an Maßlösung bitte mit einem Antwortsatz in der nächste Zeile:

   Es werden 0,8 ml Natronlauge verbraucht.

7. Führe die Titration noch einmal durch, jetzt arbeitest Ihr aber mit aufgesetzter Pipettenspitze. Ihr könnt bis kurz vor dem Umschlagpunkt die Menge an Natronlauge schnell zugeben, kurz vor dem Umschlagpunkt wird langsdsam Tropfen für Tropfen zugegeben. Notiere Dir den Verbrauch wieder in die nächste Zeile:

   Es werden 0,8 ml Natronlauge verbraucht.

Versuch 2: Titration von Schwefelsäure mit Natronlauge

1. Verfahre wie bei der Titration mit Salzsäure, nur nimm anstelle von Salzsäure Schwefelsäure.
2. Das Ergebnis der zweiten Titration bitte mit einem Antwortsatz notieren:

   Es werden 1,6 ml Natronlauge verbraucht.

Auswertung

1. 0,8 ml Salzsäure bzw. 0,8 ml Schwefelsäure wurden titriert. Tragt nochmals Eure Ergebnisse in der folgenden Tabelle zusammen:

   	Salzsäure 0,1 mol/l	Schwefelsäure 0,1 mol/l
   Verbrauch Natronlauge 0,1 mol/l	0,8 ml	1,6 ml

1. Was fällt Euch auf, wenn Du den Verbrauch bei Salzsäure und Schwefelsäure vergleichst?

   Es wird bei Schwefelsäure doppelt so viel Natronlauge verbraucht wie bei Salzsäure.

2. Den Grund dafür könnt Ihr sehr leicht erkennen, wenn Ihr die Reaktiongleichungen aufstellt.

   Stelle zuerst für die Reaktion von Salzsäure mit Natronlauge die Reaktionsgleichung für die Titration auf:

   \begin{align}\ce{1 HCl (aq) + 1 NaOH (aq) -> 1 NaCl (aq) + 1 H2O (l)}\end{align}

3. Stelle nun für die Reaktion von Schwefelsäure mit Natronlauge die Reaktionsgleichung auf:

   \begin{align}\ce{1 H2SO4 (aq) + 2 NaOH (aq) -> 1 Na2SO4 (aq) + 2 H2O (l)}\end{align}

4. Erkläre nun, warum der Verbrauch von Natronlauge bei gleichen Mengen gleichkonzentrierter Säuren unterschiedlich sein kann:

   Schwefelsäure ist eine zweiprotonige Säure, gibt zwei Protonen ab, reagiert deshalb mit zwei Molekülen Natronlauge.

   Salzsäure kann nur ein Proton abgeben, reagiert deshalb mit Natronlauge im Verhältnis 1 : 1.

Fragen zum Versuch

1. Welche Konzentration muss die Schwefelsäure haben, wenn der Verbrauch nur 0,8 ml Natronlauge sein soll (bei sonst gleichen Versuchsbedingungen).

   Die Schwefelsäure müsste eine Konzentration von 0,05 mol/l besitzen.

2. Welche Probenmenge müsste man verwenden, wenn eine 0,1 mol/l Schwefelsäure mit einer 0,1 mol/l Natronlauge titriert wird, und ein Verbrauch von 0,8 ml herauskommen soll.

   Man benötigt eine Probevolumen von 0,4 ml.

3. Es wird ein Gemisch aus 0,3 ml Schwefelsäure und 0,3 ml Salzsäure hergestellt. Beide haben die Konzentration von 0,1 mol/l. Nach welchem Verbrauch ist der Äquivalenzpunkt erreicht.

   Wenn Ihr Zeit habt, probiert dieses Experiment aus!

   Es werden 0,9 ml Natronlauge verbraucht.

1. Wir nehmen an, Du stellst für Deinen Partner ein Mischung zusammen. Dein Partner weiß weder die Gesamtmenge der Säuren noch deren Anteil, noch deren Konzentration?

   Was kann durch Titration ermittelt werden?

   Nur der Gesamtsäuregehalt an Protonen kann ermittelt werden.