Säure-Base-Titrationen

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1 Säure-Base-Titrationen C1C 1. Einfachere Aufaben ohne ph-kurvenverläufe einfache Umsatzberechnunen 1.1 Eine Maßlösun hat eine anestrebte Stoffmenenkonzentration c% ( H) = 1 /, der Titer beträt t= 0,995. Wie roß ist die tatsächliche Stoffmenenkonzentration c(h)? ,0 m einer Schwefelsäureprobe werden durch 22,2 m Natronlaue-Maßlösun der Konzentration c% ( NaOH ) = 0,1 / (t= 1,0152) neutralisiert. Welche Masse an Schwefelsäure ist in der Probe enthalten? 1.3 Bei der Titration von 40,0 m Natronlaue wurden 19,2 m Schwefelsäure-Maßlösun c(h 2SO 4) = 0,5 / verbraucht. Welche Masse an NaOH enthielt die Natronlaueprobe? m Abfall-Salzsäure verbrauchen zur Neutralisation 16,80 m Natronlaue-Maßlösun der Konzentration von ca. c% ( NaOH ) =0,1 / (t= 1,026). Welche Masse ist in 650 m 3 Abfallsäure elöst? m einer Kalilaue werden auf 100 m verdünnt. 25,0 m dieser Stammlösun verbrauchen zur Neutralisation 29,4 m Schwefelsäure-Maßlösun ( c% ( H 2SO4 ) = 0,05 /, t = 0,997). Wie roß ist die Konzentration der untersuchten aue? 1.6 Welchen Titer hat eine Natronlaue-Maßlösun c% ( NaOH ) =0,1 /, wenn 25,0 m davon bei der Titration 25,2 m Salzsäure-Maßlösun mit c% ( H) = 0,1 / (t=0,989) verbrauchen? ,0 m Soda-ösun (Na 2CO 3aq) werden mit demin. Wasser zu 250 m Stammlösun aufefüllt. 20 m der Stammlösun verbrauchen bis zum Äquivalenzpunkt 21,24 m Salzsäure-Maßlösun, c % = 0,1 /, (t = 1,0329). Berechnen Sie die Massenkonzentration β (Na 2CO 3) der Stammlösun und der Ausanslösun. 1.8 Bei der Titration von 20 m Natronlaue unbekannten Gehalts werden 12,5 m H-Maßlösun der Konzentration c(h) = 0,75 / verbraucht. Berechnen Sie die a) Stoffmene NaOH b) Stoffmenenkonzentration NaOH 1.9 Bei der Titration von 25 m Natronlaue werden 5,3 m H 2SO 4-Maßlösun,der Konzentration c(h 2SO 4) = 0,1 / verbraucht. Stellen Sie die Reaktionsleichun auf und Berechnen Sie die Konzentration der Natronlaue Bei der Titration von 15 m verdünnter Schwefelsäure werden 20 m NaOH-Maßlösun der Konzentration c(naoh) = 0,1 / verbraucht. Berechen Sie die Konzentration der verdünnten Schwefelsäure Bei der Titration von 30 m Calciumhydroxidlösun Ca(OH) 2 mit einer Maßlösun Salzsäure (c=0,1 /) werden 20 m Salzsäure verbraucht. Berechnen Sie die Stoffmenenkonzentration an Calciumhydroxidlösun ,5035 einer Ammoniaklösun werden einewoen und auf 250 m verdünnt. 50 m der Stammlösun werden mit 28,0 m Salzsäure-Maßlösun ( c % = 0,1 /, t = 0,950) bis zum ÄP titriert. Berechnen Sie den Massenanteil w(nh 3) der Ausanslösun ,5000 verunreinites KOH werden elöst und mit demin. H 2O auf 500 m aufefüllt. 25,0 m verbrauchen bei der Titration 28,35 m Salzsäure ( c % = 0,1 /, t = 0,987). Welchen Massenanteil an KOH enthält der Ausansstoff? 1.14 Ween eines Herstellunsfehlers haben 100 m einer Schwefelsäuremaßlösun einen Titer von t = 1,2044. Aufrund der Qualitätsvorschriften des abors ist es wichti, dass der Titer mölichst nahe an t=1,0 liet. Wie muss die ösun verdünnt werden? Warum muss der Titer auf jeden Fall danach erneut bestimmt werden? 1.15 Der Titer einer 1-aren Natronlaue-Maßlösun soll mit Oxalsäure-Dihydrat (C 2H 2O 4 2H 2O) als Uritersubstanz ermittelt werden. a) Beründen Sie, welche Anforderunen eine Urtitersubstanz erfüllen muss. b) Berechnen Sie die einzuwieende Masse Oxalsäure-Dihydrat, wenn der Sollverbrauch an Natronlaue bei 20,00 m lieen soll. c) Wie hoch ist der Titer, wenn bis zum Umschlapunkt nur 19,2 m Natronlaue verbraucht wurden?

2 2. Aufaben mit ph-titrationskurven und Indikatorwahl 2.1. Die Konzentration einer Phosphorsäurelösun soll durch Titration ermittelt werden. Es wurden 30 m Säurelösun vorelet und mit Natronlaue (c soll = 0,54 /, t = 1,072) unter Verfolun des ph-wertes titriert. a) Beschreiben Sie, wie sich die chemische Zusammensetzun der ösun im Verlauf der Titration verändert und benennen Sie charakteristische Punkte. Markieren Sie diese in der Titrationskurve. b) Statt den ph-wert während der Titration mit dem ph-meter aufzuzeichnen, lässt sich die Titration auch mit Säure-Base- Indikatoren durchführen. Schlaen Sie mithilfe des Tabellenbuches mehrere eeinete Indikatoren vor. c) Berechnen Sie die Phosphorsäurekonzentration in /. 3. Säure-Base-Rücktitrationen 3.1 Zur Bestimmun des Kalkehalts wurden 5,0000 einer Bodenprobe mit 50,00 m Salzsäure-Maßlösun (c soll=1,0 /, t = 0,9716) versetzt und 10 Minuten erührt. Anschließend wurde das sich ebildete CO 2 durch kurzzeities Kochen ausetrieben. Nah Auffüllen auf 100 m im Messkolben wurden 25 m der ösun in ein Becherlas abpipettiert und mit NaOH-s (c soll=0,1 /, t = 1,000) der H-Überschuss zurück titriert. Der Umschlapunkt des Farbindikators (Bromthyblau) war nach 26,3 m erreicht. Berechnen Sie w(caco 3) in der Bodenprobe. 3.2 Chloralhydrat (2,2,2-Trichlorethan-1,1-diol) wurde erstmals 1832 von JUSTUS VON IEBIG herestellt. Seine narkotischen Eienschaften wurden 1869 in die Medizin eineführt. Es handelt sich um das erste vollsynthetische Schlafmittel und wird auch heute noch relativ häufi verschrieben. Zu 10,00 m einer Probelösun werden 50 m Kalilaue unbekannter Konzentration eeben. Daraufhin kommt es zur Spaltun des Chloralhydrats: C K + OH C H + KOH O - H C + CH O + H 2 O OH Anschließend wird der KOH-Rest durch Titration mit H 2SO 4-Maßlösun (c soll = 0,05 /, t = 1,0803) zurück titriert. Es werden bis zum Umschlapunkt mit Bromthyblau als Indikator 12,5 m Schwefelsäure verbraucht. Bei der Titration einer Blindprobe (statt 10 m Probelösun wurden hier 10 m H 2O benutzt, ansonsten leiche Bedinunen) wurden 28,6 m Schwefelsäurelösun verbraucht. a) Erklären Sie warum bei der Titration der Blindprobe mehr Schwefelsäure verbraucht wird, als bei der Titration der eientlichen Probe. b) Berechnen Sie die Massenkonzentration β(chloralhydrat) in der Probelösun. Hinweis: M(Chloralhydrat) = 165,40 /

3 ösunen unter

4 Musterlösunen zu Säure-Base-Titrationen ohne Gewähr Etwas Wiederholun der Theorie vornewe Alle Aufaben zur Direkttitration lassen sich nach folendem Schema einfach lösen: 1. Aufstellen der Reaktionsleichun der Säure-Base-Reaktion 2. Berechnun der zuesetzten Stoffmene an Maßreaenz. Zur Berechnun von n(maßreaenz) wird die Konzentration der Maßlösun c(maßlösun) und das Volumen der Maßlösun (V(Maßls.)) benötit. Häufi muss noch der Korrekturfaktor t (Titer bercksichtit werden) um die tatsächliche Konzentration zu ermitteln. 3. Ermittlun der Stoffmene Analyt (über das Koeffizientenverhältnis der Reaktionsleichun). 4. Je nach Aufabenstellun weitere einfache Umrechnunen und evtl. Aliquotierun berücksichtien. 1.1 c( X ) tatsächliche Stoffmenenkonzentration t = ; Titer = c% ( X ) Sollkonzentration c( X ) = c% ( X ) t = 1 0,995 = 0, Schritt: Aufstellen der Reaktionsleichun: 2NaOH + H SO Na SO + 2H O Schritt: Berechnun der zuesetzten Stoffmene NaOH (Maßreaenz). c( X ) tatsächliche Stoffmenenkonzentration t = ; Titer = c% ( X ) Nenn -Konzentration c( NaOH ) = c% ( NaOH ) t = 0,1 1,0152 = 0,10152 n( X ) c( X ) = Þ n( NaOH ) = c( NaOH ) V ( NaOH ) V ( X ) n( NaOH ) = 0, , 0222 = 2, Schritt: Ermittlun der Stoffmene Analyt (über das Koeffizientenverhältnis der Reaktionsleichun). Aus den Koeffizienten der Reaktionsleichun bekommt man heraus, dass pro Verbrauch von 2 NaOH- Teilchen in titrierten ösun 1 H 2SO 4-Teilchen vorla. n(h 2SO 4) ist also halb so roß wie n(naoh) 2NaOH + H SO Na SO + 2H O Stoffmenenverhältnis : , NaOH (Erebnis aus 2. Schritt) reaieren mit also mit n(h 2SO 4) = 1, Schritt: Umrechnun der Stoffmene n(h 2SO 4) in die Masse m(h 2SO 4)

5 m( H SO ) M ( H SO ) = Þ m( H SO ) = M ( H SO ) n( H SO ) n( H2SO4 ) m( H2SO4 ) = 98, 079 1, » 0,1105» 110,5 m 1.3 ösunswe 1: a) Ermittlun der verbrauchten Stoffmene an Schwefelsäure n(h 2SO 4) b) Ermittlun der neutralisierten Stoffmene Natriumhydroxid n(naoh) c) Ermittlun der Masse der Natriumhydroxid m(naoh) Zu a) n( H2SO4 ) = c( H2SO4 ) V ( s) = 0,5 0,0192 = 0,0096 Zu b) 2NaOH + H SO Na SO + 2H O Stoffmenenverhältnis : Es wird also die doppelt so viel Natronlaue neutralisiert, wie Schwefelsäure verbraucht wird. Da n(h 2SO 4)= 0,0096, folt n(naoh)=0,0192. Zu c) m( NaOH ) = M ( NaOH ) n( NaOH ) = 39,9971 0,0192» 0,768» 768m 1.4 a) Berechnun der Konzentration c(naoh) und der Stoffmene n(naoh) b) Berechnun der Stoffmene n(h) c) Berechun der Masse m(h) Zu a) c( NaOH ) = c% ( NaOH ) t = 0,1 1,026 = 0,1026 n( X ) c( X ) = Þ n( NaOH ) = c( NaOH ) V ( NaOH ) V ( X ) n( NaOH ) = 0,1026 0,0168 = 1, Zu b) H + NaOH Na + H 2O 1, NaOH können 1, H neutralisieren. Zu c) m( H) = M ( HC) n( H) = 36,4606 1, = 0, , x = Þ x = = 817, 003 k 0,

6 1.5 a) Berechnun von c(h 2SO 4) und dann n(h 2SO 4) b) Ermittlun von n(koh) c) Berechun der Konzentration c(koh) in der konzentrierten ösun. Zu a) c( H SO ) = c% ( H SO ) t = 0, 05 0,997 = 0, n( X ) c( X ) = Þ n( H2SO4 ) = c( H 2SO4 ) V ( H 2SO4 ) V ( X ) n( H2SO4 ) = 0, ,0294 = 1, Zu b) H 2SO KOH K 2SO 4 + H 2O 1, H 2SO 4 können die doppelte Mene (n=2, ) KOH neutralisieren. 100 ml verdünnte Kalilaue bzw. 10 ml konzentrierte Kalilaue enthalten n(koh)= 2, Zu c) n( KOH ) 2, c( KOH ) = = = 0,293 V ( KOH ) 0, a) Berechun von c(h) und dann n(h) b) Ermittlun von n(naoh) c) Berechun von c(naoh) d) Berechun von t Zu a) c( H) = c% ( H) t = 0,1 0,989 = 0,0989 n( H) = c( H) V ( H) n( H) = 0, , 0252 = 2, Zu b) H + NaOH Na + H 2O 2, H können n(naoh)=2, NaOH neutralisieren. Zu c) n( NaOH ) 2, c( NaOH ) = = = 0,09969 V ( NaOH ) 0,025 Zu d)

7 0,09969 c( NaOH ) t = = = 0,9969 c% ( NaOH ) 0,1 1.7 [ ] m( Na CO ) = 116,269 m m mstamm = 116, 269 m = 1453,36 m = 1, ,00 m Aliquotierfaktor: Berücksichtit die Verdünnun (siehe Aufabenstellun). 1, = = 5, bstamm bausansls 1,31824 = = 58, Berechun der zueebenen H-Stoffmene n( H) = c( H) V ( s) = 0,75 0,0125 = 0, Anabe von n(naoh) über Koeffizientenverhältnis NaOH + H Na + H 2O Ween dem 1:1-Koeffizientenvehältnis folt: n(naoh) = 0, b) Berechnun der Konzentration n( NaOH) 0, c( NaOH) = =» 0,4688 V ( NaOH ) 0, [ ] ( ) 1,06 10 c( NaOH) = = = 0,0424 V NaOH n NaOH ( ) [ ] n( H2SO4 ) 0,001 c( H2SO4 ) = =» 0,0667 V( H SO ) 0, Ca(OH) H Ca H 2O Analyt Maßsubstanz 1 3 V( ( ) 2 ) 0, , n Ca OH = = 10 2

8 c(ca(oh) 2 = 1 m/ 30 m = 0,033 / 1.12 [ ] m( NH ) 226, m( s) 4, ( 3 ) = = = 0,0503 = 5,03% w NH H + 1 NaOH Na + H 2O n(h aq) = = c V t = 0, aus 1:1-Koeffizientenverhältnis folt: n(naoh) = 0, Berücksichtiun Aliquotierun n esamt = 500m 25m n=0, m(naoh) = M n 2,2383 w (NaOH)= m(naoh ) m esamt 2,2383 0,640 (64,0%) 3, a) Bis zum ersten ph-sprun wird die erste Protolysestufe titriert: Der Äquivalenzsprun liet in der Mtte des ph-spruns, also bei ca. 11,7 m NaOH-Zuabe. Bis zum zweiten Äquivalenzpunkt (bei dem doppelten Volumen des 1. ÄP, also ca. 23,5 m) wird dann die zweite Protolysestufe titriert. Folereaktion vom 1. ÄP zum 2. ÄP: Gesamtreaktion (von Beinn an): b) [siehe Unterricht] c) [siehe Unterricht] : Zuerst muss durch das Erebnis der Titration berechnet werden, wie viel H, nach der Abreaktion mit CaCO 3 der Bodenprobe noch vorhanden war (n Rest). 2.: Da die anfans zuesetzte Stoffmene n 0(H) aus der Aufabenstellun berechenbar ist, kann anschließend durch Differenzbildun auserechnet werden, wie viel H bei der Reaktion mit dem CaCO 3 verbraucht wurde (n Verbrauch). 3.: Daraus lässt sich über das Koeffizientenverhältnis berechnen, wie viel CaCO 3 voreleen haben muss. Zum Schluss wird in die Masse m(caco 3) umerechnet und der Massenanteil w(caco 3) berechnet.

9 Zu 1: H + NaOH Na + H 2O; n( NaOH) = c( NaOH) V ( s) = 0,1000 0,0263 = 0, Aus dem 1:1-Koeffizientenverhältnis folt: n Rest(H) = 0,0263 (in 25 m der ösun). Berücksichtiun der Aliquotierun/Hochrechnun auf 100 m Probelösun: 100m n Rest ( H) = 0,00263 = 0, m Zu 2: n0 ( H) = c( H) t V ( s) = 1,0 0,9716 0,05 = 0, n Verbrauch H) = n ( H) - n ( H) = 0, , , ( 0 Rest = Zu 3: CaCO H Ca 2 + CO 2 + H 2O wurde. Aus dem 2:1-Koeffizientenverhältnis folt: Es muss halb so viel CaCO 3 voreleen haben, wie H verbraucht nverbrauch ( H) 0,03806 n( CaCO3 ) = = = 0, Zu 4: m( CaCO3 ) = n( CaCO3 ) M ( CaCO3 ) = 0, ,087» 1, 9047 m( CaCO3 ) 1,9047 w( CaCO ) = = m 5 3» esamt 0, ,6 m 12,5 m = 16,1 m des Schwefelsäure-Verbrauchs sind indirekt auf die Spaltun von Chloralhydrat zurückzuführen: Die KOH-Stoffmene die dieser Schwefelsäure-Stoffmene entspricht, wurde benutzt um Chloralhydrat zu spalten. In 16,1 m Schwefelsäure-s sind n(h 2SO 4) = c(hso 4) t V(s) = 0,05 / 1,0803 0,0161 = 0, H 2SO 4 enthalten. Aus dem 2:1-Koeffizientenverhältnis der Titration (2 KOH + H 2SO 4 K 2SO H 2O) folt, dass n Verbrauch(KOH) = 0, KOH verbraucht wurden, um Chloralhydrat zu spalten. Aus dem 1:1-Koeffizienten - verhältnis der Chloralhydratspaltun (Reaktionsleichun : siehe Aufabenstellun) folt: n(chloralhydrat) = 0, Die Umrechnun in die Masse liefert: m(chloralhydrat) = n(chloralhydrat) M(Chloralhydrat) = 0, ,40 / 0,2877. Damit folt β(chloralhydrat) = m(chloralhydat) / V(s) = 0,2877 / 0,01 = 28,76 /