Praktikum CHE1L/CHP1L, MAR3/PEET3, WS 08/09 Klockgeter, Iwaneczko, Oertel, Wiederschein Haus L, Raum 207

Transkript

1 Praktikum CHE1L/CHP1L, MAR3/PEET3, WS 08/09 Klockgeter, Iwaneczko, Oertel, Wiederschein Haus L, Raum 207 CH1L_01 CH1L_02 CH1L_03 CH1L_04 CH1L_05 Fehler bei der quantitativen chemischen Analyse (Pipettierübung) Bestimmung der Löslichkeit von Salzen Herstellung, Einstellung und Titerbestimmung einer Maßlösung (0.1M NaOH) Argentometrische Bestimmung von Chlorid (Chlorid nach Fajans) Bestimmung des Säuregehalts von Haushaltsessig 1

2 Merkblatt für das anorganisch-chemische Praktikum Die Praktikumsräume befinden sich im Gebäude L, Raum 207. Das MAR3-Praktikum wird unter der Aufsicht von Frau Kerstin Klockgeter (Technische Mitarbeiterin) und Herrn Dr. Oertel (Lehrbeauftragter) durchgeführt, das PEET3-Praktikum wird von Herrn Peter Iwaneczko (Technischer Mitarbeiter) und Herrn Dr. Wiederschein (Lehrbeauftragter) betreut. Vor Beginn des Praktikums findet eine Sicherheitsunterweisung statt. Die Teilnahme ist obligatorisch. Sie brauchen einen langärmligen Baumwollkittel (100 % Baumwolle), Papier, Lineal, Taschenrechner, Millimeterpapier, einen wasserfesten Faserschreiber (EDDING) ein Paar Ihnen passende Haushalts-Schutzhandschuhe. Für die Durchführung der Versuche erhalten Sie eine Sammlung von Arbeitsvorschriften einschließlich aller Sicherheitshinweise. Schon allein aus Sicherheitsgründen ist es unbedingt erforderlich, daß Sie sich bei der Vorbereitung zu Hause darüber informieren, welcher Versuch durchgeführt wird, wie die praktische Arbeitsanleitung (einschließlich aller Sonderoperationen) zu verstehen ist - es ist einfacher, zweimal zu lesen als zweimal zu kochen! -, wie die in der Arbeitsvorschrift genannten (Glas-)Geräte aussehen, auch: wie groß müssen die Bechergläser und Kolben sein usw., welche Sicherheitshinweise zu beachten sind, wie Chemikalien- und Lösungsmittelabfälle zu behandeln sind, Sollte die Praktikumsaufsicht feststellen, daß Sie Ihrer Informationspflicht nicht nachgekommen sind, werden Sie vom Praktikum ausgeschlossen! Von der Laboraufsicht wird Ihnen ein Arbeitsplatz zugewiesen. Arbeitsplatte, Schrank und die benutzten Geräte sind nach dem Praktikumstag sauber zu übergeben. Auf den Arbeitsplatz gehören nur die unmittelbar für die Versuchsdurchführung benötigten Geräte. Arbeiten mit giftigen oder stark riechenden Stoffen oder bei Unter- oder Überdruck sind unbedingt im Abzug durchzuführen. Gewöhnen Sie sich an eine absolut saubere Arbeitsweise; Sie machen sich damit das Praktikum leichter. Tischplatten, Waagen u.ä. sind sauber zu hinterlassen! Achten Sie darauf, daß nur das mit Chemikalien in Berührung kommt, was sich nicht vermeiden läßt. Deshalb werden benutzte Spatel, Pipetten etc. immer in ein Becherglas abgestellt. Verschmutzte Arbeitsflächen werden sofort gereinigt. Ausgüsse sind nicht mit alten Lappen oder Papier zu verstopfen; ist ein Ausfluß verstopft, ist dies sofort der Laboraufsicht zu melden. Chemikalien dürfen auch kurzfristig nur in verschlossenen, beschrifteten Behältern aufbewahrt werden! Besteht die Gefahr, daß Ihre Haut mit giftigen Chemikalien in Berührung kommt (z.b. beim Abfüllen o.ä.), sind Schutzhandschuhe anzuziehen. Das Einatmen von gesundheitsschädlichen Stäuben oder Dämpfen ist durch Arbeiten unter dem Abzug zu vermeiden. Es besteht Kittel- und Schutzbrillenpflicht (auch für Brillenträger). 2

3 In das Messprotokoll gehören Namen der Bearbeiter, Datum alle Versuchsparameter Berechnungen allg. Beobachtungen Veränderungen gegenüber der Arbeitsvorschrift physikalische und Stoffdaten, die während des Praktikums gemessen werden; kurz: alles, worauf Sie im Zweifelsfall zurückgreifen können möchten. Die Messprotokolle werden von der Laboraufsicht testiert (unterschrieben). Nur testierte Messprotokolle sind gültig. Die Arbeiten eines Versuchstages werden in Laborberichten dokumentiert. Sie können erst mit einem neuen Versuch beginnen, wenn das alte Protokoll abgegeben worden ist. Ein Protokoll soll folgendes enthalten: 1. Arbeitsvorschrift mit Namen, Studiengang, Versuchstag 2. testiertes Messprotokoll 3. Auswertung, Berechnungsgleichungen, -tabellen, Ergebnisse, u.u. Diagramme 4. Diskussion der Ergebnisse, Beantwortung der Fragen 3

4 Hinweise zur Berechnung von Analysenergebnissen Bei der quantitativen Analyse geht es darum, den Gehalt einer Probe an einer bestimmten Komponente (z.b. Chlorid, Säure, Fe 2+ ) zu ermitteln. Dazu braucht man "Quantitätsgrößen". Ein Analysenergebnis kann in allen in der folgenden Tabelle aufgelisteten Quantitätsgrößen oder Gehaltsangaben angegeben werden. Größe Symbol Einheiten Definitionsgleichung Masse m g Grundgröße Stoffmenge n mol Grundgröße, n(x) = m(x)/m(x) Volumen V L abgeleitete Größe Dichte ρ g/cm³ ρ = m(lösung)/v(lösung) Molare Masse, M g/mol M(X) = m(x)/n(x) m: Masse des Stoffes X; n: Molzahl des Stoffes X Stoffmengenanteil x mol/mol x(x) = n(x)/(n(x) + n(y)) n(x): Molzahl der Komponente X n(y): Molzahl der Komponente Y Massenanteil w g/g w(x) = m(x)/m(mi) m(mi): Masse der Mischung Volumenanteil ϕ L/L; j(x) = V(X)/(V(X) + V(Y)) Stoffmengenkonzentration, ((Mol-)Konzentration, Molarität) ml/ml V(X): Volumen der Komponente X c mol/l c(x) = n(x)/v(mi) Massenkonzentration β g/l β = m(x)/v(mi) Molalität b mol/kg L M Titer t 1 t = c(ist)(x)/c(soll)(x) Tabelle 1: Quantitätsgrößen b(x) = n(x)/m(lm) m(lm): Masse des Lösungsmittels Literatur: 1. E. Schmittel, G. Bouchée, W.-R. Less: Labortechnische Grundoperationen, Bd. 1; 2. T. Gübitz, G. Haubold, C. Stoll: Analytisches Praktikum - Quantitative Analyse, Bd. 2; beide in der Reihe: Die Praxis der Labor- und Produktionsberufe (Hrsg.: U. Gruber und W. Klein), VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim Alle Lehrbücher der Allgemeinen Chemie 4

5 Genauigkeit und Präzision von Meßwerten Jedes Meßergebnis weist aus verschiedenen Gründen Ungenauigkeiten auf. Bis zu einer bestimmten Fehlertoleranzgrenze können und müssen (!) diese akzeptiert werden. Es muß geprüft werden, welche Arten von Fehlern auftreten und ob sie verringert oder vermieden werden können. Genauigkeit : Ausmaß der Annäherung von Meßergebnissen an den festgelegten oder vereinbarten Bezugswert, wobei dieser der wahre, der richtige, der exakte Wert oder der Erwartungswert sein kann. In der Genauigkeit sind die Kenngrößen Richtigkeit und Präzision miteinander vereint. Dies sind die wichtigsten Begriffe zur Charakterisierung der Zuverlässigkeit von Messungen. Richtigkeit: Sind bei einer Messung verschiedene Meßwerte ermittelt worden, so kann daraus der arithmetische Mittelwert gebildet werden. Der Mittelwert x ist der Quotient aus der Summe der Einzelergebnisse x i und der Anzahl der Messungen n: x x = i n Gl. 1 Die Richtigkeit einer Messung ist abhängig von der Differenz des vorgegebenen Sollwertes µ 0 und dem arithmetischen Mittelwert. Sie ist ein Maß für die Abweichung der Meßergebnisse vom Sollwert. Die relative Abweichung in % ist wie folgt definiert: (x µ 0 ) R = 100% µ 0 Gl. 2 Mit der Kenngröße Richtigkeit erkennt man Abweichungen vom Sollwert als systematische Fehler. Bei Pipetten ist die Richtigkeit mit den Toleranzangaben, d.h. mit den zulässigen Abweichungen vom Sollwert angegeben. Präzision (schlechter: Reproduzierbarkeit): Erhält man Meßergebnisse, die eine starke Streuung um den Mittelwert aufweisen, so wird dafür die Kenngröße Präzision oder Reproduzierbarkeit verwendet. Je geringer die Streuung ist, um so besser ist die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse. Als Maß für die Streuung von Meßergebnissen um einen Mittelwert x wird die Standardabweichung s verwendet. Sie ist definiert als: 2 (x i x) s = n 1 Gl. 3 Fehlerarten Fehler können bei Messungen und bei Analysen überall auftreten. Sie können bei der jeweiligen Person durch Unkenntnis oder Ungeschicklichkeit, bei den Analysengeräten durch äußere Ein-flüsse (Temperatur, Staub, Sonneneinstrahlung) oder direkt bei der Analysenmethode selbst auftreten. Jeder, der Messungen durchführt, ist bestrebt, die ermittelten Analysenergebnisse auf Richtigkeit und Präzision zu überprüfen und mögliche Fehler zu erkennen und zu vermeiden. 5

6 Man unterscheidet systematische Fehler zufällige Fehler grobe Fehler. Diese drei Fehlerarten lassen sich sehr gut mit Treffern auf einer Schießscheibe vergleichen. In Bild 1 liegen die Treffer mit einer zulässigen Abweichung im inneren Kreis. Der Mittelpunkt entspricht dem Sollwert der Messung. Das Ergebnis ist optimal. Präzision und Richtigkeit haben eine noch zulässige Fehlertoleranz. Bild 1 Messung mit einer zulässigen Fehlertoleranz Auf der Scheibe von Bild 2 streuen die Werte stärker. Die Richtigkeit ist gut, aber die Präzision ist schlecht. Es liegen hauptsächlich zufällige Fehler vor. Bild 2 Messung mit zufälligen Fehlern Auf der Scheibe in Bild 3 liegen einseitige Abweichungen von Meßwerten vor. Die Präzision ist gut, die Richtigkeit liegt außerhalb der Toleranzgrenze. Bild 3 Messung mit systematischen Fehlern Auf der Scheibe von Bild 4 liegen keine "Treffer" vor. Demnach läßt sich auch keine Präzision und keine Richtigkeit berechnen. Es handelt sich um grobe Fehler. Bild 4 Messung mit groben Fehlern Medianwert Die Bestimmung des Medianwertes von einer Liste von Messwerten ist eine alternative Methode zur Berechnung des arithmetischen Mittelwertes. Dieses Verfahren eignet sich insbesondere zur automatischen Auswertung von großen Listen mittels Tabellenkalkulation, z.b. Excel oder Lotus 123. Zunächst werden die Messwerte in auf- oder absteigender Reihenfolge sortiert. Bei einer ungraden Anzahl von Einzelwerten ist der Medianwert der Wert in der Mitte der Liste, bei gerader Anzahl wir der Medianwert als Mittelwert der beiden zentralen Einzelwerte berechnet. 6

7 Vorteilhaft ist, dass grobe Fehler oder Ausreißer nicht berücksichtigt werden und das endgültige Messergebnis nicht verfälschen, so wie das beim arithmetischen Mittel der Fall wäre. Sie können leicht identifiziert werden, weil sie wegen der Sortierung am Anfang oder am Ende der Liste erscheinen. Quartile Das Quartile (oberes, Upper Quartile, UQ-Wert, und unteres, Lower Quartile, LQ-Wert) beschreibt die Streuung der Messwerte und kann die Standardabweichung ersetzen. Die Differenz zwischen UQ und LQ (IQR, Interquartile Range) steht für die Streubreite. Die Quartile-Werte befinden sich zentral zwischen dem Median und dem ersten bzw. letzten Listenwert. Wenn man die Streuung durch die Quartile beschreibt, hat das wiederum den Vorteil, dass Ausreißer im allgemeinen nicht berücksichtigt werden. Sonstiges Wenn ein Sollwert bekannt ist, wird der gemessene Wert mit den % der Abweichung vom Sollwert angegeben. Wenn die Abweichung signifikant ist, d.h. der Sollwert auch nicht mehr im Streubereich liegt, müssen die Abweichung und ihre möglichen Gründe in der Diskussion behandelt werden. 7

8 Beispiel Die Masse eine Probe wurde auf einer Laborwaage bestimmt. Die Messung wurde neunmal wiederholt. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle dargestellt. n Masse m/g n Masse m/g Ausreißer!! Mittelwert m quer Standardabweichung s 0.73 Ergebnisangabe: m = ( /- 0.73) g (n = 10) Mittelwert m quer ohne Ausreißer Median (n = 9) Standardabweichung ohne Ausreißer 0.24 LQ UQ Ergebnisangabe: m = ( /- 0.24) g (n = 9) IQR 0.20 Tabelle 2 Streuung von Messergebnissen 8

9 ikatorsubstanz Umschlagsintervall (ph) Thymolblau 1,2-2,8 ikator-lösung 1 g + 21,5 ml c(naoh) = 0,1 mol/l auffüllen mit H 2 O zu 1L Farbe sauer rot Farbe alkalisch gelb 2,4 - Dinitrophenol 2,4-4,0 farblos gelb Kongorot 3,0-5,2 blau rot Methylorange 3,1-4,4 0,5 g in 1 L Wasser rot orange Methylrot 4,4-6,2 I g in 1 L Ethanol w(c 2 H 5 OH) = 60% rot gelb Lackmus 4,4-6,6 rot blau Tashiro (Mischindikator: Methylrot + Methylenblau) 5,6-7,0 Phenolrot 6,8-8,0 Phenolphthalein 8,2-10,0 Thymolphthalein 9,3-10,5 2 g Methylrot + 1 g Methylenblau in 1 L Ethanol w(c 2 H 5 OH) = 96% 1 g in 1 L Ethanol w(c 2 H 5 OH) = 20% 10 g in 1 L Ethanol w(c 2 H 5 OH) = 90% 2 g in 1 L Ethanol w(c 2 H 5 OH) = 90% violett gelb farblos farblos (über grau) grün rot rot blau Tabelle 3 Umschlagsbereiche von Säure-Base-ikatoren 9

10 Fehler bei der quantitativen chemischen Analyse (Pipettierübung) CHE1L_01 Gruppe Name, Vorname, Matrikelnr. Versuchsdatum Stichworte: Mittelwert, Standardabweichung, Richtigkeit, Präzision, systematischer, zufälliger und grober Fehler Geräte: 5-mL-Vollpipette,5-mL-Messpipette, Bechergläser, Laborwaage Chemikalien: deionisiertes Wasser Durchführung: Notieren Sie die auf den Pipetten angegebenen Informationen über die Präzision! Mit jeder Pipette werden jeweils 5 ml deion. Wasser in ein Becherglas auf der Laborwaage pipettiert und jedes Mal gewogen (neunmal wiederholen). Auswertung: Die Einzelergebnisse werden in die Meßwerttabelle eingetragen und in Volumina umgerechnet. Die Mittelwerte und die Standardabweichungen für die einzelnen Pipetten werden berechnet. Zudem werden der Medianwert und die Quartile (LQ, UQ, IQR) ermittelt. Angaben zur Berechnung: T/ C 15,0 18,0 20,0 25,0 ρ(h 2 O)/g cm - 3 0, , , ,99707 Tabelle 1.1 Dichte ρ von Wasser in Abhängigkeit der Temperatur T (Extrapolieren Sie, wenn nötig!) Fragen (bei der Diskussion der Ergebnisse zu beantworten): 1. Was läßt sich über die Richtigkeit des Pipettierens aussagen? Vergleichen Sie die Ergebnisse der zwei Pipetten mit den Angaben auf den Pipetten! 2. Was sind bei diesem Versuch mögliche systematische Fehler? 3. Was läßt sich über die Reproduzierbarkeit des Pipettierens sagen? 4. Was für Erklärungen könnte man für zufällige Fehler finden? 5. Was versteht man unter einem groben Fehler? 10

11 Bestimmung der Löslichkeit von Salzen CH1L_02 Gruppe Name, Vorname, Matrikelnr. Versuchsdatum Die Löslichkeit eines Salzes in Wasser hängt von der Temperatur ab. Ein Löslichkeitsdiagramm, aus dem die Löslichkeit eines Salzes bei einer bestimmten Temperatur abgelesen werden kann, ist von großer Bedeutung für einen Verfahrenstechniker, der eine Kristallisationsanlage auslegen soll, aber auch für einen Betriebstechniker, der das Verkrusten eines Wärmetauschers verhindern soll. Stichworte: Quantitätsgrößen, Löslichkeit, gesättigte Lösung. Geräte: ml - Bechergläser, Dreifuß, Drahtnetz, Brenner mit Schlauch, Thermometer, Reagenzgläschen, Aluminiumschälchen, Bild 1 Löslichkeitsdiagramm Präzisionswaage. Chemikalien: Natriumchlorid (NaCl), Kaliumnitrat (KNO 3 ), Natriumnitrat (NaNO 3 ). Durchführung: In einem ml - Becherglas werden ca. 50 ml deionisiertes Wasser vorgelegt und auf 80 C erwärmt. Bei dieser Temperatur gibt man so lange das entsprechende Salz unter Rühren zu, bis eine gesättigte Lösung entstanden ist; d.h., bis sich in der Lösung ein Bodensatz bildet. Die Temperatur der Lösung muß konstant sein. Von der über dem Bodensatz befindlichen klaren Lösung werden 5-10 g oder 5-10 ml mit einem gewogenen Reagenzgläschen entnommen, welches anschließend in ein vorher gewogenes Aluminiumschälchen gelegt wird. Beides zusammen wiegt man auf der Präzisionswaage genau aus und dampft das Wasser im Trockenschrank ab. Den zurückbleibenden Hauptteil der Lösung läßt man nun auf ca. 70 C abkühlen und entnimmt wieder eine Probe für die Trockengehaltsbestimmung. In der gleichen Weise verfährt man bei 60 und bei 50 C. Auswertung: Aus den Massen des jeweils abgedampften Lösungsmittels und des dazugehörigen Feststoffs wird die Löslichkeit L der Salze in g/100 g Lösungsmittel bei den verschiedenen Temperaturen berechnet und in die Meßwerttabelle eingetragen. Aus den berechneten Löslichkeiten wird ein Löslichkeitsdiagramm für die Salze erstellt, in dem die jeweilige Löslichkeit über der Temperatur aufgetragen wird. Diskutieren Sie die Ergebnisse, insbesondere unter Berücksichtigung von Bild 1 oder von Literaturwerten. Fehlerkritik! Fragen (bei der Diskussion zu beantworten): Was wissen Sie über die Löslichleit von Gasen in Wasser? Die Löslichkeiten von CaCO 3 und MgCO 3 (Calcium- und Magnesiumcarbonat) nehmen mit wachsender Temperatur ab!!! Die beiden Salze sind verantwortlich für die Wasserhärte. Was sind die Konsequenzen aus diesem Verhalten für mit Wasser betriebene Wärmetauscher (Wasserkühler, Durchlauferhitzer, Waschmaschinen etc.)? Was kennen Sie für Abhilfen? 11

12 Herstellung, Einstellung und Titerbestimmung einer Maßlösung (0.1M NaOH) CH1L_03 Gruppe Name, Vorname, Matrikelnr. Versuchsdatum Theorie: Säure - Base - Titration Reaktionsgleichungen NaOH(s) + H 2 O NaOH(aq) = Na + + OH - HCl(g) + H 2 O HCl(aq) = H + + Cl - NaOH(aq) + HCl(aq) NaCl(aq) + H 2 O Dissoziation Neutralisation (Säure - Base - Reaktion) Stichworte: Quantitätsgrößen ("Konzentrationsmaße"), Titer, Säu ren und Basen, ikator, Maßlösung, Neutralisation. Geräte: 500-mL-Messkolben, Wägegläschen, mittlerer Trichter, Präzisionswaage, Spritz flasche, 25-mL-Vollpipette, 250-mL-Erlenmeyerkolben, 100-mL- Messzylinder, Bürette, kleiner Trichter. Chemikalien: Natriumhydroxid (NaOH, Ätznatron), Tashiro - Lösung (Mischindikator aus Methylenblau und Methylrot, w(methylenblau) = 0,05 %, w(methylrot) = 0,3 % in wässrigem Ethanol, ϕ (Ethanol) = 65 %), Salzsäure c(hcl) =0,1000 mol L - 1 Hinweise zur Arbeitssicherheit Höher konzentrierte Basen, (Laugen) und Säuren dürfen nicht mit der Haut in Berührung kommen. Besonders die Augen sind durch eine Schutzbrille zu schützen. Wann immer möglich, arbeitet man mit Gummihandschuhen unter einem Abzug. Falls Säure - oder Laugenspritzer auf die Haut gelangen, werden sie mit neutralisierenden Lösungen behandelt. Man spült mit viel fließendem Wasser nach. Bei Augenverletzungen ist in jedem Fall ein Arzt aufzusuchen. Durchführung 1. Herstellung einer NaOH - Maßlösung: Es sollen 500 ml einer Maßlösung mit der angestreb ten Stoffmengenkonzentration c(naoh) = 0,1000 mol L - 1 hergestellt werden. Dazu werden 0,055 mol (=??? g) Natriumhydroxid auf der Präzisionswaage in einem Wägegläschen abgewogen, über einen Trichter mit deionisiertem Wasser in den ml - Meßkolben überspült und mit Wasser gelöst. Nach dem Abkühlen der Lösung (! warum?) wird mit Wasser bis zur Marke des Kolbens aufgefüllt und die entstandene Lösung gut durchgeschüttelt. 2. Einstellen der NaOH - Maßlösung: Es sollen 500 ml einer Maßlösung mit der angestrebten Äquivalentkonzentration c(1/1 NaOH) = 0,1000 mol L - 1 eingestellt werden. Dazu werden 25,00 ml der Natronlauge c(1/1 NaOH) = 0,1 mol L - 1 mit einer Vollpipette abgemessen und in einen ml - Erlenmeyerkolben vorgelegt. Nach dem Verdünnen mit ca. 100 ml Wasser und Zu gabe von 3 bis 5 Tropfen Tashiro wird aus einer Bürette bis zum Umschlag des ikators Salzsäure c(hcl) = 0,1000 mol L - 1 zugetropft. Man titriert dreimal. Die zur Herstellung der erwünschten Natronlauge c(naoh) = 0,1 mol L - 1 zusätzlich benötigte Wassermenge (in ml) wird aus dem Mittelwert des Verbrauchs an 12

13 Salzsäure c(hcl) = 0,1000 mol L - 1 berech net, mit dem Messzylinder abgemessen und zugesetzt. 3. Bestimmung des Titers der NaOH - Maßlösung: Die Titerangabe einer Maßlösung mit der angestrebten Äquivalentkonzentration c(naoh) = 0,1000 mol L - 1 soll bestimmt werden. Dazu werden ml der eingestellten Natronlauge c(1/1 NaOH) = 0,1 mol L - 1 mit einer Vol - pipette abgemessen, in einem ml - Erlenmeyerkolben vorgelegt, mit 3 bis 5 Tropfen Ta shiro versetzt und mit Salzsäure c(hcl) = 0,1000 mol L - 1 bis zum Farbumschlag aus der Bü rette titriert. Man titriert dreimal. Der Titer der Maßlösung ist zu berechnen. Auswertung: Berechnen Sie die a) Stoffmengenkonzentration der von Ihnen angesetzten Natronlauge c(naoh)/mol L - 1, b) die zuzusetzende Menge Wasser V(H 2 O)/mL und c) die Stoffmengenkonzentra tion und den Titer t der korrigierten Natronlauge. Fehlerdiskussion! 13

14 Argentometrische Bestimmung von Chlorid Chlorid nach Fajans CH1L_04 Gruppe Name, Vorname, Matrikelnr. Versuchsdatum Theorie: Fällungstitration, Argentometrie Reaktionsgleichung: Natriumchlorid reagiert mit Silbernitrat nach folgenden Fällungsgleichung: NaCl(aq) + AgNO 3 (aq) AgCl(s) + NaNO 3 (aq) Bei einer argentometrischen Fällungstitration muß das Problem der Endpunktsbestimmung gelöst werden. Das geschieht bei der Bestimmung nach Fajans mit einem Adsorptionsindikator, hier Fluorescein. Vor Erreichen des Äquivalenzpunktes sind Cl - -Ionen im Überschuss vorhanden und Cl - Cl - Cl - Cl - Cl - Cl - Cl - Cl Cl - - Ag + Ag + Ag + Ag Ag + + Ag + Ag + Ag + AgCl Ag + Ag + Ag + Ag + Ag + Ag +Ag+ werden an den bereits gebildeten AgCl-Kristallen adsorbiert. Damit ist die Oberfläche dieser Kristalle negativ aufgeladen. Nach dem Äquivalenzpunkt sind dagegen Ag + - Ionen im Überschuß vorhanden. Jetzt werden diese an den Oberflächen der AgCl-Kristalle adsorbiert, die damit folglich positive Oberflächenladungen tragen. Der Adsorptionsindikator wird an den positiv geladenen Oberflächen adsorbiert und zeigt dies durch den Farbumschlag von gelbgrün nach rosa an. Stichworte: Fällung, Löslichkeit, Löslichkeitsprodukt, Mitfällung, Endpunktsbestimmung, Adsorption, Adsorptionsindikator. Geräte: 25 - ml - Vollpipette, 50 - ml - Bürette, ml - Erlenmeyerkolben. Chemikalien: Silbernitratlösung c(1/1 AgNO 3 ) = 0,1 mol L -1, Fluoresceinlösung w (Fluorescein) = 0,2 % in Ethanol w(ethanol) = 96 %. Durchführung Die chloridhaltige Stoffportion enthält ca. 7 g/l NaCl = 1, mol L -1 (genauer Wert steht auf der Flasche!). 10,00 ml der vorbereiteten Analysenlösung werden mit einer Vollpipette in einen 250-ml- Erlenmeyerkolben pipettiert und mit deionisiertem Wasser auf ein Gesamtvolumen von 100 ml verdünnt. Nach Zugabe von 2 bis 4 Tropfen Fluoresceinlösung (nicht zuviel, die Gelbfärbung ist gerade zu erkennen!) wird mit Silbernitratlösung c(1/1 AgNO 3 ) = 0,1000 mol L - 1 bis zur Rosafärbung des Niederschlags titriert. Die Titration ist zweimal zu wiederholen. Auswertung: Berechnen Sie die Konzentration als Chloridkonzentration der Probe in mol/l, in g Cl - /L und in g NaCl/L! Berechnen Sie die Abweichung vom Sollwert in %. Diskutieren Sie die Abweichung, wenn sie größer als 10 % ist. Diese Bestimmung hat einen systematischen Fehler. Diskussion! Cl- Cl - AgCl Cl - Cl - Cl - nach dem Äquivalenzpunkt vor dem Äquivalenzpunkt Cl - Ag + Ag + > gelb-grün > Cl - rosa 14

15 Bestimmung des Säuregehalts von Haushaltsessig Potentiometrie CHE1L_05 Gruppe Name, Vorname, Matrikelnr. Versuchsdatum Theorie: schwache Säuren und Basen, ph-messung Reaktion: Die schwache Säure Essigsäure reagiert mit Natriumhydroxid nach der Neutralisationsgleichung CH 3 COOH + NaOH CH 3 COONa + H 2 O Bei der Bestimmung von Essigsäure mit der starken Base Natronlauge hydrolysiert das entstehende Acetat und verschiebt den Äquivalenzpunkt in den alkalischen Bereich (s. Bild 5-1). Aus diesem Grund sind nur solche ikatoren geeignet, die am Äquivalenzpunkt und nicht am Neutralpunkt ihre Farbe ändern. Der Äquivalenzpunkt liegt hier nicht bei einer Wasserstoffionenkonzentration von 10-7, sondern von mol/l, also bereits im alkalischen Bereich (ph = 8,9). Phenolphthalein ändert seine Farbe in einem ph-bereich von 8,2 bis 10,0 und kann deshalb für diese Bestimmung verwendet werden. Da Essigsäure leicht verdunstet, muß sie in einer Wägepipette abgewogen werden. Die Glaselektrode ist mit Sorgfalt zu behandeln. Vor der Benutzung muss sie mit zwei Pufferlösungen kalibriert werden. Geräte: 250-mL-Meßkolben, 25-mL- Volipipette, 50-mL-Bürette, 250-mL- Erlenmeyerkolben, ph-glaselektrode, Potentiometer (ph-meter) Chemikalien und Lösungen: Natronlauge, c(naoh)=0,1 mo/l, Phenolphthalein- Lösung, w(phenolphthalein) = 1 %. Durchführung: Bild 5-1. Titrationskurve von Salzsäure c(hci) = 0,1 mol/l mit Natronlauge c(naoh) = 0,1 mol/l. Markiert sind die Umschlagsbereiche von Phenolphthalein und Methylrot. Bild 5-2. Titrationskurve von Essigsäure c(ch 3 COOH) Haushaltsessig hat eine Massenkonzentration w(ch 3 COOH) > 5 % und muss im Verhältnis 1:10 verdünnt werden. Dazu werden 25,00 ml Essig in einen 250-mL- Messkolben pipettiert und bis zur Marke mit deionisiertem Wasser aufgefüllt. 1. Titration mit ph-ikator: 25,00 ml der vorbereiteten Analysen-Lösung werden mit einer Vollpipette in einen 250-mL-Erlenmeyerkolben pipettiert und mit destilliertem Wasser auf ein Gesamtvolumen von 100 ml verdünnt. 15

16 Nach Zugabe von 4 bis 6 Tropfen Phenolphthalein-Lösung wird mit Natronlauge, c(naoh) = 0,1000 mol/l, bis zum Farbumschlag titriert. Die entstehende Rosafärbung muss ca. eine Minute lang bestehen bleiben. Die Bestimmung wird zweimal wiederholt. 2. potentiometrische Bestimmung: 25,00 ml werden in ein enges Becherglas mit ph- Elektrode und Magnetrührer pipettiert. Es wird so viel deionisiertes Wasser aufgefüllt, dass das Diaphragma der ph-glaselektrode eintaucht. Vor dem Einschalten des Magnetrührers ist sicherzustellen, dass das Rührstäbchen nicht an die Elektrode schlägt. Die Probe wird mit Natronlauge, c(naoh) = 0,1000 mol/l, in sinnvollen Volumenschritten bis etwa zum doppelten Verbrauch des Äquivalenpunkt titriert. Die ph-werte der Schritte werden in eine Messwerttabelle und in ein Titrationsdiagramm auf Millimeterpapier eingetragen. Der Wendepunkt der S-förmigen Titrationskurve wird graphisch bestimmt. Auswertung: Der Wendepunkt der Titrationskurve wird graphisch bestimmt, indem zwei parallele Tangenten an die Titrationskurve gelegt werden, die mit einer Senkrechten so verbunden werden, dass zwei gleich große Flächen (A 1 und A 2 ) in Bild 3 entstehen. Der Schnittpunkt mit der Senkrechten bezeichnet den Äquivalenzpunkt. Der Gehalt des Haushaltsessigs für beide Bestimmungen wird in mol/l, g/l und Massen%-Essigsäure berechnet. Die Ergebnisse der beiden Verfahren werden verglichen. Was sind die Vor- und Nachteile der beiden Verfahren? Frage: Warum kann man nicht den Tashiro- ikator für die Analyse des Haushaltsessigs benutzen? Bild 3 Graphische Bestimmung des Wendepunktes der Titrationskurve 16