Säure-Base-Titrationen

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1 Martin Raiber Chemie Protokoll Nr Säure-Base-Titrationen 1. Titration von Salzsäure mit Natronlauge Chemikalien: Salzsäure (100ml; c(hcl)=0,1 mol/l) Natronlauge (c(naoh)=1 mol/l) Bromthymolblau Geräte: Erlenmeyerkolben ph-meter mit Digitaler Messapparatur CASSY Bürette Magnetrührer Durchführung: Die Salzsäure wurde zusammen mit ein Paar Tropfen Bromthymolblau in den Erlenmeyerkolben gegeben. Dann wurde die Apparatur gemäß folgender Skizze aufgebaut:

2 Dann kalibrierten wir das ph-meter mit der Hilfe von Lösungen mit bekanntem ph-wert. Nun ließen wir unter angeschaltetem Magnetrührer Natronlauge in die Salzsäure tropfen. Alle 0,5ml Natronlauge wurde mit CASSY ein Messpunkt erstellt. Beobachtungen: In CASSY ergab sich folgendes Diagramm:

3 Der Farbumschlag des Indikators fand statt. Auswertung: Reaktionsgleichung: Cl Na H 3 O OH Na Cl 2H 2 O Bei *1: Es gilt in diesem Punkt, da HCl eine starke Säure ist: C 0 HCl =C H 3 O somit ist ph = log C H 3 O = log C 0 HCl = log10 1 =1 Bei *2: Das ist der Äquivalenzpunkt d.h. die Oxoniumionenkonzentration ist gleich groß, wie die Hydroxydionenkonzentration somit ist nach poh + ph = 14 und poh=ph ph=7 Es gilt hier: n H 3 O =n HCl =n OH Für eine Titration ohne Titrationskurve ist es wichtig, dass der Äquivalenzpunkt innerhalb des Farbumschlagbereiches des eingesetzten Indikators ist, was hier bei Bromthymolblau gilt. Phenolphthalein ist ebenfalls einsetzbar, da der Umschlagsbereich innerhalb des ph- Sprunges ist und somit nur ein sehr geringer Fehler zu erwarten wäre.

4 2. Titration von Essigsäure mit Natronlauge Chemikalien, Geräte und Durchführung: Wie in Versuch 1. Anstatt von Salzsäure wird nun Essigsäure Titriert. Als Indikator wird Phenolphthalein eingesetzt. Beobachtungen: Der Farbumschlag des Indikators fand statt.

5 Auswertung: Reaktionsgleichung: CH 3 COOH H 2 O CH 3 COO H 3 O H 3 O OH 2 H 2 O Bei Zugabe von Natronlauge wird das Essigsäure-Acetat Gleichgewicht gestört. Bei der Neutralisation werden Oxoniumionen verbraucht. Um die Veränderung zu kompensieren verschiebt sich das Gleichgewicht nach rechts. Somit ist bei genügender Zugabe von Natronlauge ein vollständiger Umsatz der Essigsäure zu erwarten. Bei *1: Anfangs ist das Gleichgewicht noch nicht gestört. Es gilt das MWG: K s = C H 3 O C A C HA Man kann sagen: C H 3 O C A C HA C 0 HA Somit gilt: ph = 1 2 pk s logc 0 HA ph = 1 2 4,75 log 10 1 ph =2,88 Bei *2: Hier ist bereits die Hälfte der Essigsäure zu Acetat umgesetzt worden. Es gilt somit: C HA =C A Da die Konzentrationen äquimolar sind liegt hier eine Pufferlösung vor. Nach Henderson-Hasselbach bei Pufferlösungen: ph = pk s log C A C HA ph = pk s log1= pk s Man kann also anhand dieses Punktes den pks-wert der titrierten Säure ablesen. Bei *3: Hier ist die Säure vollständig neutralisiert, d.h. es ist keine Essigsäure mehr in dem Gemisch vorhanden.

6 Allerdings sind die nun vorhandenen Acetationen leicht alkalisch: CH 3 COO H 3 O OH CH 3 COOH C CH 3 COO =C 0 CH 3 COOH C OH c CH 3 COOH C CH 3 COO C 0 CH 3 COO MWG: K B = C OH 2 C 0 CH 3 COO poh = 1 2 pk B log CH 3 COO ph =14 poh ph = ,24 log 10 1 ph =8,88 Bei *4: Der ph-wert wird nun durch die zusätzlich zugesetzte Natronlauge bestimmt. D.h. der ph- Wert wird sich an den ph-wert der zugegeben Natronlauge annähern. poh = log C OH = log10 0 =0 ph =14 poh =14 Die Titrationskurve nähert sich gegen Ende des Versuchs an ph 14 an. 3. Titration von Phosphorsäure mit Natronlauge Chemikalien, Geräte und Durchführung: Wie in Versuch 1. Anstatt von Salzsäure wird nun Phosphorsäure titriert. Als Indikatoren werden Methylorange und Thymolphthaleinlösung eingesetzt.

7 Beobachtungen:

8 Auswertung: Reaktionsgleichung: H 3 PO 4 H 2 O H 2 P O 4 OH H 2 PO 4 H 2 O HPO 4 2 OH HPO 4 2 H 2 O PO 4 3 OH OH H 3 O 2 H 2 O Es handelt sich bei dieser Neutralisation um eine Gleichgewichtreaktion mit 3 Stufen. Jedoch werden beim neutralisieren die Gleichgewichte so verschoben, dass immer nur jeweils die erste Stufe abgetragen wird. Neutralisiert man z.b. am Anfang ein beliebiges Hydroxydion so verschieben sich alle Gleichgewichte Richtung Produkte. Da an der einen Reaktion, an der das Ion entnommen wird, Produkte nachgebildet werden entsteht ein Überschuss an Produkten der anderen Reaktionen. Bei *1: Hier ist bereits die Hälfte der Phosphorsäure zu Dihydrogenphosphat umgesetzt worden. Es gilt somit: C H 3 PO 4 =C H 2 PO 4 Da die Konzentrationen Äquimolar sind liegt hier eine Pufferlösung vor. Nach Henderson-Hasselbach bei Pufferlösungen: ph = pk s log C H PO 2 4 C H 3 PO 4 ph = pk s log1= pk s hier : ph =1,9 ; Literatur : pk s =1,96 Man kann also anhand dieses Punktes den pks-wert der titrierten Säure ablesen. Bei *2: Hier hat die Phosphorsäure vollständig zu Dihydrogenphosphat reagiert. Es ist also keine Phosphorsäure mehr vorhanden. C H 3 PO 4 =0 Bei *3: Hier gilt vergleiche *1: C H 2 PO 4 =C HPO 4 2 und somit ph=pks(dihydrogenphosphat)=6,9 (Literatur: 7,21) Bei *4: Hier ist wie bei *2 das Dihydrogenphosphat vollständig aufgebraucht. C H 2 PO 4 =0

9 Bei *5: Hier gilt vergleiche *1 und *3: C HPO 4 2 =C PO 4 3 somit ist ph=pks(hydrogenphosphat)=11,8 (Literatur: 12,3) Weiterer Verlauf: Im weiteren Verlauf wird die Konzentration des Hydrongenphosphates 0 und der ph-wert wird durch die eingesetzte Lauge bestimmt. Fehleranalyse für alle 3 Teile Als Ursache der Abweichungen der Kurve von den errechneten Werte ist das außerhalb der regulären Gebrauchszeit von einem Jahr benützte ph-meter zu nennen (4 Jahre im Gebrauch). Dessen Membran ist sehr empfindlich und nun wohl schon teilweise beschädigt. Somit kommt es trotz Kalibrieren zu größeren Fehlern in extremen ph-bereichen. Einzelne Abweichungen in den Kurven sind dadurch zu erklären, dass der ph-wert genau in dem Moment gemessen wurde, in dem Lauge hineintropfte. Das führt zu einem Ausschlag nach oben, da sich die Lauge nicht schnell genug verteilen kann.