Prinzip: Arbeitskreis Bestimmung des Chlorid -, Bromid - und Iodid - Gehaltes E 04 Kappenberg einer Lösung Seite 1 / 5. Versuchsaufbau: Materialliste:

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1 Kappenberg einer Lösung Seite 1 / 5 Prinzip: Die Halogenidlösung wird mit Silbernitratlösung titriert. Die Titration wird dabei potentiometrisch verfolgt. Es kommt zur Bildung schwerlöslicher Silberhalogenide, die mit ihrem Löslichkeitsprodukt die Silberionenkonzentration kontrollieren. Versuchsaufbau: Materialliste: Geräte: Chemikalien: 1 Computer 2 Experimentierkabel, gelb Silbernitrat Lsg.,c= 0.1 mol/l 1 ALLCHEMMISST 2 Silberblechstreifen Kaliumnitrat Lsg., c= 1 mol/l 1 serielles Kabel 1 Kristallisierschale 1 Messzylinder, 50 ml 1 Messkolben, 100 ml Iodid Lsg, c= 0.1 mol/l 1 Vollpipette, 10 ml 1 Magnetrührer Bromid Lsg, c= 0.1 mol/l 1 Pipettierhilfe 1 Rührmagnet Chlorid Lsg, c= 0.1 mol/l 2 Bechergläser, 50 ml 1 Bürette 25 ml 1 Titrierstativ Filterpapier dest. Wasser Vorbereitung des Versuches: Die Geräte werden entsprechend der Zeichnung aufgebaut. Man füllt den Messkolben mit der zu analysierenden Halogenidlösung (näherungsweise jeweils 30 ml Cl, Br und I Lösung, jeweils c=0.1 mol/l) bis zur Marke auf und schüttelt. Die einzelnen Halogenidionen liegen nun in einer Konzentration von ca mol/l vor. Danach gibt man den Rührmagneten und 10 ml der Halogenidlösung in das Becherglas und stellt es auf den Magnetrührer. Die Bürette wird mit der Silbernitratlösung gespült und gefüllt. Das Bezugsbecherglas wird mit etwa 20 ml Silbernitratlösung (c=0.1 mol/l) gefüllt und mit einem in Kaliumnitratlösung getränkten Filterpapier als Salzbrücke mit dem Analysenbecherglas verbunden. Der Computer wird über das serielle Kabel mit dem "ALLCHEMMISST" verbunden und die Silberbleche werden mit Krokodilklemmen an die Kabel und diese an den rechten Spannungseingang des "ALLCHEMMISST" angeschlossen. Achten Sie darauf, dass beim ALLCHEMMISST der rechte Schalter in Stellung PC steht! 6 Vorbereitung am Computer: (ausführliche Beschreibung: siehe nächste Seite) Angezeigte Messgröße: Spannung Untergrenze: 0 V Obergrenze: 1 V Wandler: ALLCHEMMISST Kanal U2 2 V Anschluss z.b. COM 1 Vorgabe xachse: Volumen auf Tastendruck Volumenintervall: 0,1 ml Gesamtvolumen: 10,0 ml Durchführung des Versuchs: Start der Titration: Sie sollte so erfolgen, dass man die Titratorflüssigkeit kontinuierlich (mit recht kleiner Geschwindigkeit!) aus der Bürette auslaufen lässt, und jeweils nach 0.1 ml zur Messwertaufname auf die [Leertaste] (auch zur Übernahme des Wertes bei 0,0 ml) drückt oder mit der Maus auf den Button Wert oder Einzelwert klickt. Beendet wird mit Klick auf Stop oder mit der Taste [Esc]. Speichern Sie die Ergebnisse vor der Auswertung. Nach dem Beenden der Messung erscheint die entsprechende Abfrage.

2 Kappenberg einer Lösung Seite 2 / 5 Auswertung des Versuches: Prinzip: Die Reaktionen verlaufen analog folgender Gleichung: 1 Na + (aq)+ 1 I (aq) + 1 Ag NO 3 (aq) 1 AgI(s) + 1 Na + (aq) + 1 NO 3 (aq) Die Natrium und die Nitrat Ionen reagieren nicht. Durch die Bildung von Silberiodid werden die der Lösung zugetropften Silberionen sofort ausgefällt und nur der Teil, der nach dem Löslichkeitsprodukt an Silberionen in Lösung bleibt, bestimmt mit seiner Konzentration das Potential dieser Halbzelle. Erst wenn die Iodid Ionen ausgefällt sind, sinkt die Spannung, da das folgende Halogenidion mit den Silberionen einen Niederschlag mit einem größeren Löslichkeitsprodukt bildet. Die Bestimmung des Äquivalenzpunktes erfolgt nach der Drei Geraden Methode (Tangentenmethode) oder mit Hilfe der im Programm vorgesehenen automatischen Wendepunktsbestimmung. Im HM Auswerten 3GeradenMethode oder Tool Dreigeradenmethode Legen Sie zunächst mit der Maus den linken Rand des ersten Bereichs (in dem die Spannung nur wenig sinkt) fest und dann den rechten Rand. Auf dem Bildschirm erscheinen entsprechende Markierungen. Die Endpunkte des zweiten Bereichs, in dem die Spannung stärker fällt, müssen Sie entsprechend festlegen. Die am rechten Bildschirmrand angezeigten x Werte (Volumen in ml) beziehen sich auf das Beispiel. Erste Gerade: linker Rand x= 0.6 y= 0,77 rechter Rand x= 1.9 y= 0,73 Zweite Gerade: linker Rand x= 2.4 y= 0,69 rechter Rand x= 2.7 y= 0,57 Dritte Gerade: linker Rand x= 3.2 y= 0,54 rechter Rand x= 4.4 y= 0,51 Der Rechner zeichnet die Ausgleichsgeraden und berechnet die Koordinaten des Äquivalenzpunktes: (Volumen: 2.54 ml Spannung: 0.63 V) Siehe nächste Seite Mit Zeichnen und Beschr. können Sie diese in die Graphik eintragen. Ende mit Fertig Entsprechend können Sie die anderen Äquivalenzpunkte bestimmen (5,38 ml / 0,44 V bzw. 8,38 ml / 0,21 V) Berechnung des Gehaltes an IODID Ionen Prinzip: Bei Äquivalenz gilt: n(i ) = n(ag + ) also c(i ) V(I ) = c(ag + ) V(Ag + ) c(i ) = + + c(ag ) V (Ag ) = V(I ) mol L L L Zur Bestimmung wird der Gehaltsrechner benutzt. Stöchiometrischer Faktor (T/V) = 1 (laut Reaktionsgleichung). Falls nicht separat bestimmt, ist auch der Konzentrationsfaktor des Titriermittels ebenfalls = 1. Berechnen aufrufen Im HM Extras Konzentrationsberechnungen (Titrationsmittel) Volumen (Wendep. ml) 2.54 Konzentration (mol/l) 0.1 (Vorlage) Volumen (ml) 10 Gesuchte Konzentr mol. l 1 OK Wie zu erwarten ist durch das Zusammengießen der drei Lösungen die Konzentration einer Komponente nur noch etwa ein Drittel der Ausgangskonzentration. Entsprechend lassen sich die Konzentrationen der anderen Halogenide berechnen. Hierbei benutzt man die Differenzen zwischen den Äquivalenzpunkten. c(br + + c(ag ) V (Ag ) 0.1 ( ) ) = = = mol/l V(Br ) c(cl + + c(ag ) V (Ag ) ) = V(Cl ) = 0.1 ( ) = mol/l

3 Kappenberg einer Lösung Seite 3 / 5 Berechnung der Löslichkeitsprodukte der Silberhalogenide Für die Löslichkeit von z.b. Silberiodid gilt: AgI(s) Ag + (aq) + I (aq) => K L = c(ag + ). c(i ) Zu Berechnung der Löslichkeitsprodukte kann man im Prinzip fast jeden Kurvenpunkt heranziehen. Hier wird das Löslichkeitsprodukt aus den Daten des Halbäquivalenzpunktes bestimmt, weil an dieser Stelle die Steigung am geringsten ist, d.h. die Spannung besonders genau abgelesen werden kann. Außerdem ist im Halbäquivalenzpunkt die jeweilige Halogenidionenkonzentration genau auf die Hälfte gefallen; Beispiel c(i ) = /2 = mol/l Die Berechnung der Silberionenkonzentration erfolgt nach der Nernstschen Gleichung: (A = Analysenhalbzelle, B = Bezugshalbzelle) U = U B U A U = U 0B lg c B (Ag + ) [U 0A lg c A (Ag + )] In diesem Fall sind die Normalpotentiale gleich (U 0A = U 0B = 0.8 V) Die Silberionenkonzentration in der Bezugshalbzelle c B (Ag + ) beträgt 0.1 mol/l U = lg (0.1) [ lg c A (Ag + )] U = lg c A (Ag + ) lg c A (Ag + U 0,741+ 0,8 ) = 0,059

4 Kappenberg einer Lösung Seite 4 / 5 c A (Ag + ) = 10 U 0,741+ 0,8 0,059 (1) Falls Sie eine andere Bezugselektrode benutzt haben, müssen Sie deren Spannung anstelle der V eintragen. 1) Bestimmung der Spannung im Halbäquivalenzpunkt Man kann den Menüunterpunkt Halbäquivalenzpunkt benutzen um die Spannung in dem Graphen an dieser Stelle zu bestimmen. Dazu lässt man den Rechner zu der Mitte des jeweiligen Volumenbereiches den ywert bestimmen. Im HM: Auswerten Halbäquivalenzpunkt Linker xwert 0.0 Rechter xwert 2.54 OK Stützstellenzahl 20 OK Der Rechner liefert bei 1,27 ml als Ergebnis für die Spannung V. Mit Zeichnen und Beschr. können Sie diese in die Graphik eintragen. 2. Halbäquivalenzpunkt bei 3.94 ml 0.520V. 3. Halbäquivalenzpunkt bei 6.85 ml V. Ende mit Fertig 2) Berechnung der Silberionenkonzentration Aus dieser Spannung wird nach Gleichung (1) die Silberionenkonzentration berechnet: Im HM: Extras Rechner Termeingabe: 10^((( )/0.059)) auf = Klicken Der Rechner liefert als Ergebnis für die Konzentration mol/l Die Termeingabe für nächsten Halbäquivalenzpunkt (Spannung = 0.520V): 10^((( )/0.059)) Ergebnis: mol/l Die Termeingabe für nächsten Halbäquivalenzpunkt (Spannung = 0.374V): 10^((( )/0.059)) Ergebnis: mol/l Für das Löslichkeitsprodukt müssen nun die jeweiligen Silber bzw. Halogenidionenkonzentrationen miteinander multipliziert werden. K L = c(ag + ). c(i ) = / 2 mol 2 /L 2 Im HM: Extras Rechner Termeingabe: 1.94*10^(14)* / 2 auf = Klicken Der Rechner liefert als Ergebnis : mol 2 /L 2. Literaturwert 1) : K L (AgI) = mol 2 /L 2 2) AgBr K L = c(ag + ). c(br ) = / 2 mol 2 /L 2 Die entsprechende Termeingabe: 1.54*10^(10)* / 2 Der Rechner liefert als Ergebnis : mol 2 /L 2. Literaturwert 1) : K L (AgBr) = 3.98 *10 13 mol 2 /L 2

5 Kappenberg einer Lösung Seite 5 / 5 3) AgCl K L = c(ag + ). c(cl ) = / 2 mol 2 /L 2 Die entsprechende Termeingabe: 4.58*10^(8)*0.030 / 2 Der Rechner liefert als Ergebnis : 6.87 * mol 2 /L 2. Literaturwert 1) : K L (AgCl) = *10 10 mol 2 /L 2 Bei Titrationen von nur einer Sorte Halogenidionen mit Silbernitrat geht man davon aus, dass die Konzentrationen an Silberionen und Halogenidionen im Äquivalenzpunkt gleich groß sind und damit wird: K L = c(ag + ). c(cl ) = c(ag + ). c(ag + ) Hier ist nahezu unmöglich, die Löslichkeitsprodukte als Quadrate der Silberionenkonzentration in den Wendepunkten zu berechnen, da das jeweils nächste Ion mit seiner Konzentration schon stört. Außerdem befindet man sich immer in einem steilen Teil des Graphen. Lediglich beim letzten Halogenid (Chlorid) sind die Werte einigermaßen übereinstimmend. Die Berechnung der Silberionenkonzentration erfolgt nach Gleichung (1) aus der Spannung im letzten Äquivalenzpunkt (0.21V) Im HM: Extras Rechner Termeingabe: 10^((( )/0.059)))^2 Der Rechner liefert als Ergebnis: mol 2 /L 2 Literatur: 1) F. Seel, Grundlagen der analytischen Chemie, S: 325, Verlag Chemie, Weinheim ) F. Kappenberg; Computer im Chemieunterricht 1988, S. 125, Verlag Dr. Flad, Stuttgart