Dr. Kay-Uwe Jagemann - Oberstufengymnasium Eschwege - Januar Versuch: Wirkung eines Essigsäure-Acetat-Puffers Aufbau

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1 Puffer Versuch: Wirkung eines Essigsäure-Acetat-Puffers Aufbau A1 A B1 B Natronlauge Natronlauge =,5 =,5 Essigsäure (c=,1mol/l) Natriumacetat Essigsäure (c=,1mol/l) Natriumacetat Durchführung Teilversuch A. Es wird eine Lösung (V=5mL) einer stark verdünnten (,5) hergestellt. Die Lösung wird auf zwei Bechergläser A1 und A verteilt. In A1 wird tropfenweise unter Rühren Natronlauge (c=,1mol/l) hinzugegeben, bis ein Farbumschlag eintritt. Die Anzahl der Tropfen wird notiert. In A wird tropfenweise unter Rühren (c=,1mol/l) hinzugegeben, bis ein Farbumschlag eintritt. Die Anzahl der Tropfen wird notiert. Teilversuch B. Es werden 1,5mL einer Lösung von Essigsäure (c=,1mol/l) mit 1,5mL einer Lösung von Natriumacetat (c=,1mol/l) gemischt. Der -Wert wird festgestellt. Zu der Lösung wird Universalindikator gegeben. Der Inhalt wird auf zwei Bechergläser B1 und B verteilt. In das Becherglas B1 wird tropfenweise unter Rühren Natronlauge (c=,1mol/l) hinzugegeben, bis ein Farbumschlag eintritt. Die Anzahl der Tropfen wird notiert. In das Becherglas B wird tropfenweise unter Rühren (c=,1mol/l) hinzugegeben, bis ein Farbumschlag eintritt. Die Anzahl der Tropfen wird notiert. Beobachtung Teilversuch A. Berechnung der Konzentration: " c = 1 - mol/l = Teilversuch B. -Wert des Essigsäure-Acetat-Gemischs: Teilversuch A1 A B1 B Tropfenzahl Indikatorfarbe Seite 1

2 Deutung und Pufferbegriff Puffer enthalten Stoffe (=Puffersubstanzen), die dafür sorgen, dass sich der -Wert bei Zugabe von Säuren oder Laugen nur wenig ändert: 1. Gemisch aus schwacher Säure der korrespondierende Base (z.b. CH3COOH und CH3COO - ). Gemisch aus schwacher Base und deren korrespondierende Säure (z.b. NH3 und NHCl) Bei der verdünnten verändert sich der -Wert bereits nach der Zugabe von 1 Tropfen der verdünnten Natronlauge bzw. stark. Aufgabe 1: " Berechnen Sie den -Wert nach Zugeben eines Tropfens für A1 und A. " " (Hinweis: 1 Tropfen entspricht etwa,5 ml) In dem Gemisch aus Essigsäure und Natriumacetat (Essigsäure-Acetat-Puffer) liegen Essigsäuremoleküle (CH3COOH) und Acetationen (CH3COO - ) vor. Bei der Zugabe von reagieren Oxoniumionen der mit den vorhandenen Acetationen zu Essigsäure und Wasser und bei der Zugabe von Natronlauge reagieren Hydroxidionen der Natronlauge mit Essigsäuremolekülen zu Acetationen und Wasser. In beiden Fällen ändert sich der -Wert der Lösung nur wenig. Zugabe von Säure: CH 3 COO +H 3 O + * ) CH 3 COOH + H O Zugabe von Base: CH 3 COOH + OH * ) CH 3 COO +H O Allgemein: Zugabe von Säure: A +H 3 O + * ) HA + H O Zugabe von Base: HA + OH * ) A +H O Für die Berechnung des -Wertes kann die Henderson- Hasselbalch-Gleichung herangezogen werden, die sich folgendermaßen herleiten lässt: Ein häufig genutzter Spezialfall tritt auf, wenn (ca - )=c(ha) ist. Dann ist =pks. In der Formelsammlung finden wir für CH3COOH/CH3COO - für 9K den Wert für den Säureexponenten pks=,75. Damit lässt sich für unsere Pufferlösung von 5 ml und c(ch3coo-)=c(ch3cooh)=,5 mol/l der -Wert von,75 berechnen. HA + H O )* A +H 3 O + K S = c(a ) c(h 3 O+ ) c(ha) c(h 3 O + )=K S c(ha) c(a ) = pk S lg c(ha) c(a ) = pk S + lg c(a ) c(ha) Bei Zugabe von Säuren oder Basen zum Puffersystem muss berücksichtigt werden, dass diese nach den obigen Reaktionsgleichungen kompensiert (gepuffert) werden. Zugabe einer Säure: = pk S + log n(a ) n(s) n(ha)+n(s) n(a )+n(b) Zugabe einer Base: = pk S + log n(ha) n(b) Da bei den Konzentrationsberechnungen im Zähler und im Nenner durch V geteilt werden muss, kann das Volumen herausgekürzt werden. Aufgabe :" Berechnen Sie die -Änderungen des angegebenen Essigsäure-Acetat-Puffers " " nach Zugabe von 1 Tr. der Base bzw. der Lauge (c(s)=c(b)=,1mol/l). Aufgabe 3:" (Zusatz)" Berechnen Sie die -Änderungen nach Zugabe von ml, ml, ml, ml und 1mL (c(s)=,1mol/l). Fertigen Sie ein -Diagramm an. Seite

3 Titration (,1M) mit Natronlauge (,1M) 1 1 Äquivalenzpunkt und Neutralpunkt = 7 Anfang = Titration Essigsäure (,1M) mit Natronlauge (,1M) 1 1 -Optimum = pks =, Äquivalenzpunkt =,75 Neutralpunkt = 7 Anfang =,9 Pufferbereich Titration Phosphorsäure (,1M) mit Natronlauge (,1M) 1 ÄP3 1 = pks = 7, ÄP ÄP1 =7, + c(hpo ) c(h PO ) 1. Stufe. Stufe 3. Stufe Seite 3

4 Lösung der Aufgaben: Aufgabe 1) V (A) =, 5L c(a) =3, mol/l n(a) =c(a) V (A) =3, mol/l, 5L =7, mol (A) = log{3, mol/l} =, 5 1Tropfen, 5mL = 1 5 L n(tropfen)=, 1mol/L 1 5 L = 1 mol Zugabe,1M NaOH: n(a1) = n(a) n(tropfen)=, 1 1 mol (alle Oxoniumionen umgesetzt!) n(oh) =, 1 1 mol c(oh) =, 1 1 mol =1, 1 mol/l, 5L poh = log{c(oh)} =3, 77 (A1) = 3, 77 = 1, 3 Zugabe,1M HCl: n(a) = n(a)+n(tropfen)=5, 79 1 mol c(a) = 5, 79 1 mol, 5L =, 31 1 mol/l (A) = log{, 31 1 mol/l} =3, Aufgabe ) n(a )=n(ha)=, 15L.1mol/L =.15mol n(b) =5 1 5 L.1mol/L =5 1 mol n(a )+n(b) = pk S + log n(ha) n(b) =, 75 + log, 15mol +5 1 mol, 15mol 5 1 mol, 155mol =, 75 + log, 15mol =, 753 n(a )=n(ha)=, 15L.1mol/L =.15mol n(s) =5 1 5 L.1mol/L =5 1 mol = pk S + log n(a ) n(s) n(ha)+n(s) =, 75 + log, 15mol 5 1 mol, 15mol +5 1 mol, 15mol =, 75 + log, 155mol =, 77 Seite

5 Aufgabe 3) V(HCl) n(hcl) n(acetat) n(essigsäure) 1,5 1,5,75 1,1 1,15 1,35,, 1,5 1,5,1 3,3,95 1,55,537,,5 1,5, 5,5,75 1,75,3,,5 1,5,9 7,7,55 1,95,,,5,5,91 9,9,35,15 3,9 1 1,5,5 3,79 Seite 5