Versuchsprotokoll E15 Potentiometrische Titration einer Chlorid/Iodid-Lösung

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1 Dieses Werk steht unter der Creative-Commons-Lizenz CC BY-NC Physikalische Chemie I Versuchsprotokoll E15 Potentiometrische Titration einer Chlorid/Iodid-Lösung Inhaltsverzeichnis 1 Ziel 2 2 Grundlagen 2 3 Geräte und Chemikalien 3 4 Durchführung 4 5 Auswertung 5 6 Fehlerbetrachtung 8 Literatur 9 Anhang 10 A.1 Messwerte A.1.1 Probelösung bekannter Zusammensetzung A.1.2 Übersichts-Titration der Probelösung unbekannter Zusammensetzung A.1.3 Exakte Titration der Probelösung unbekannter Zusammensetzung 12

2 PC I Versuchsprotokoll: E15 Potentiometrische Titration einer Chlorid/Iodid-Lösung 2 1 Ziel Es soll das Volumen einer KCl- und KI-Lösung in einer Mischung durch potentiometrische Titration mit AgNO 3 bestimmt werden. Beide Lösungen hatten vor der Mischung eine Normalität von 0,1. 2 Grundlagen Bei der potentiometrischen Titration wird zur Bestimmung des Äquivalenzpunktes das Gleichgewichtspotential einer galvanischen Zelle gemessen. Dieses Gleichgewichtspotential setzt sich aus den Elektrodenpotentialen der beiden galvanischen Halbzellen zusammen. Das Elektrodenpotential E H eines Redoxpaares ist von den Aktivitäten dieses Paares abhängig. Dieser Zusammenhang wird durch die Nernst-Gleichung beschrieben: E H = E + RT zf ln a(ox.) a(red.) Hierbei ist E das Standardelektrodenpotential des Redoxpaares, R die universelle Gaskonstante, T die Temperatur, z die Anzahl der übertragenen Elektronen, F die Faradaykonstante und a(ox.) und a(red.) die Aktivität des Oxidations- bzw. des Reduktionsmittels. Voraussetzung für die Anwendbarkeit der Potentiometrie ist die Abhängigkeit des Elektrodenpotentials von mindestens einer Aktivität eines an der Titrationsreaktion beteiligten Stoffes. Als Messelektrode wird in diesem Versuch eine Silberelektrode verwendet, da mit Silberionen titriert wird. Als Referenzelektrode eignet sich eine Elektrode zweiter Art mit einem konstanten, vom Messpotential unabhängigen Elektrodenpotential. Für diese Titration kommt eine Kalomeltopfelektrode zum Einsatz. Bei einer Elektrode zweiter Art steht die Metallionenaktivität der Lösungsphase eines schwerlöslichen Salzes mit der festen Phase, dem Bodenkörper des Salzes, im Gleichgewicht. Potentialbestimmend ist dann nicht mehr die Metallionenaktivität des schwerlöslichen Salzes, sondern, über das Löslichkeitsprodukt in der Nernstgleichung verknüpft, die Anionenaktivität. Durch Zugabe eines leichtlöslichen Salzes mit dem selben Anion kann die Aktivität verändert werden. Verwendet man eine gesättigte Lösung des leichtlöslichen Salzes, so erhält man, ohne dass man eine bestimmte Anionenaktivität einstellen und konstant halten muss, stets eine Elektrode mit konstantem Elektrodenpotential. Bei der Kalomelelektrode handelt es sich bei dem schwerlöslichen Salz um Hg 2 Cl 2. Eine Paste aus diesem schwerlöslichen Kalomel schwimmt auf einem Quecksilbersee. Außerdem wird eine gesättigte Lösung des leichtlöslichen Salzes KCl verwendet. Ein Platindraht taucht in das flüssige Quecksilber ein. Die gemessene Spannung ist dann die Differenz der Potentiale der Mess- und der Bezugformelbrause.wordpress.com TU Dresden Chemie 3. Semester WS 2011/2012

3 PC I Versuchsprotokoll: E15 Potentiometrische Titration einer Chlorid/Iodid-Lösung 3 selektrode: E = E H (Mess) E H (Ref) Zur Bestimmung des Äquivalenzpunktes nutzt man die dort stattfindende sprunghafte Änderung der Silberionenkonzentration um mehrere Zehnerpotenzen und die damit verbundene große Spannungsänderung aus. Bei einer Simultanbestimmung sollten sich die Löslichkeitsprodukte der verschiedenen zu fällenden Salze mindestens um den Faktor 10 3 für einen ausreichend großen Sprung unterscheiden. Folgende Fällungsreaktionen finden statt: I + Ag + AgI (K L = 1, mol 2 /l 2 ) Cl + Ag + AgCl (K L = 1, mol 2 /l 2 ) 3 Geräte und Chemikalien Geräte Chemikalien 1 Becherglas (150 ml) KNO 3 -Lösung (0,1 N) 2 Bechergläser (100 ml) AgNO 3 -Lösung (0,1 N) 1 Bürettentrichter KCl-Lösung (0,1 N) 1 Bürette KI-Lösung (0,1 N) 1 Magnetrührwerk destilliertes Wasser 1 Rührfisch 1 Krokodilklemme 1 Silberdraht 1 Stromschlüssel 1 Tropfer 1 Kalomeltopfelektrode Filterpapierstreifen 2 Kabel

4 PC I Versuchsprotokoll: E15 Potentiometrische Titration einer Chlorid/Iodid-Lösung 4 Abbildung 1 Aufbau der Messzelle [1]. B Bezugselektrode (ges. Kalomelelektrode), S Stromschlüssel, A Arbeitselektrode (Ag), M Magnetrührer, MW Magnetrührwerk. 4 Durchführung Versuchsanordnung aufbauen (siehe Abbildung 1) drei Titrationen durchführen zuerst ein Gemisch aus jeweils 5 ml 0,1 N KCl- und KI-Lösung mit 0,1 N AgNO 3 - Lösung titrieren anschließend Probe unbekannter Zusammensetzung von 0,1 N KCl- und KI-Lösung mit 0,1 N AgNO 3 -Lösung titrieren vor jeder Titration die jeweilige Probe mit destilliertem Wasser so lange verdünnen, bis Silberdraht in die Lösung taucht Stromschlüssel mit 0,1 N KNO 3 -Lösung füllen und die Enden mit Filterpapierstreifen verschließen Stromschlüssel muss nur einmal für den gesamten Versuch befüllt werden Titration der Probe bekannter Zusammensetzung in 1 ml-schritten durchführen, in der Nähe des Äquivalenzpunktes in 0,1 ml-schritten titrieren nach Erreichen des ersten Äquivalenzpunktes wieder in 1 ml-schritten bis in die

5 PC I Versuchsprotokoll: E15 Potentiometrische Titration einer Chlorid/Iodid-Lösung 5 Nähe des zweiten Äquivalenzpunktes AgNO 3 -Lösung zugeben und nach Erreichen des Äquivalenzpunktes etwas übertitrieren nach jeder Zugabe des Titrators Zellspannung notieren Probe mit der unbekannten Zusammensetzung zweimal titrieren erste Titration dient dabei zur Orientierung, in welchem Bereich sich die Äquivalenzpunkte befinden dazu gesamte Probe in 1 ml-schritten titrieren, bis die beiden Äquivalenzpunkte überschritten sind wieder die entsprechende Zellspannung notieren zweite Titration erfolgt analog der Titration der Probe mit bekannter Zusammensetzung 5 Auswertung In Abbildung 2 erkennt man zwei Peaks, der erste Peak zeigt den Äquivalenzpunkt von Kaliumiodid an. Es fällt zuerst aus, da es ein kleineres Löslichkeitsprodukt besitzt als Kaliumchlorid. Am Äquivalenzpunkt gilt: c(ag + ) = c(x ) = K L (AgX) (X = I, Cl) Da die Konzentrationen des Titrators und der Analyten gleich sind, erreicht man den Äquivalenzpunkt durch Zugabe des gleichen Volumens an Titrator wie Volumen an Analyt vorhanden ist. Durch die Auftragung E V gegen V kann das Volumen der Kaliumiodid- Lösung direkt abgelesen werden. Diese Auftragungsart zeigt den Anstieg der Kurve E(V ) in Abhängigkeit vom Volumen. Je größer der Anstieg am jeweiligen Wendepunkt der Kurve E(V ) ist, desto höher ist der Peak. Anhand der Peaks sind die Volumina gut zu bestimmen. Das Volumen der Kaliumchlorid-Lösung erhält man, indem man vom Verbrauch bis zum Erreichen des Äquivalenzpunktes der Kaliumchlorid-Lösung das Volumen der Kaliumiodid-Lösung subtrahiert, da Kaliumchlorid erst nach Erreichen des Äquivalenzpunktes von Kaliumiodid ausfällt. Bei der ersten Titration erhält man Volumina von jeweils 5 ml Kaliumiodid- und Kaliumchlorid-Lösung. Ein anderer Wert sollte sich auch nicht ergeben, da zu Beginn jeweils 5 ml der Lösungen zugegeben worden sind. Bei der ersten Titration der Probe unbekannter Zusammensetzung liegen die Äquivalenzpunkte bei einem Verbrauch von etwa 8 ml und 15 ml (siehe Abbildung 3).

6 PC I Versuchsprotokoll: E15 Potentiometrische Titration einer Chlorid/Iodid-Lösung 6 Abbildung 2 Probelösung bekannter Zusammensetzung ( E / V gegen V ). Abbildung 3 gegen V ). Übersichts-Titration der Probelösung unbekannter Zusammensetzung ( E / V

7 PC I Versuchsprotokoll: E15 Potentiometrische Titration einer Chlorid/Iodid-Lösung 7 Deshalb wurde bei der exakten Titration ab einem Verbrauch von 6 ml für den ersten Äquivalenzpunkt und ab einem Verbrauch von 13 ml für den zweiten Äquivalenzpunkt in 0,1 ml-schritten tritriert. Abbildung 4 V ). Exakte Titration der Probelösung unbekannter Zusammensetzung ( E / V gegen Die exakten Äquivalenzpunkte wurden aus dem Diagramm in Abbildung 5 bei folgenden Volumina ermittelt: V 1 = 7,38 ml V 2 = 13,55 ml Somit erhält man folgende Volumina an KI- und KCl-Lösung: V (KI) = 7,38 ml V (KCl) = 13,55 ml 7,38 ml = 6,17 ml Die Probe unbekannter Zusammensetzung enthält also 7,38 ml Kaliumiodid-Lösung und 6,17 ml Kaliumchlorid-Lösung.

8 PC I Versuchsprotokoll: E15 Potentiometrische Titration einer Chlorid/Iodid-Lösung 8 Abbildung 5 Exakte Titration der Probelösung unbekannter Zusammensetzung (E gegen V ). 6 Fehlerbetrachtung Während der gesamten Titration und insbesondere in der Nähe des Äquivalenzpunktes schwankte die vom Voltmeter angezeigte Spannung um 2-3 mv. Für die Volumenbestimmung ist dies aber nicht von großer Bedeutung, da der Äquivalenzpunkt durch deutlich größere Spannungssprünge zwischen 40 mv und 170 mv gekennzeichnet war. Der Ablesefehler am Voltmeter beträgt ±0,5 mv. Des Weiteren ist eine geringe Diffusion zwischen den Elektrolyten der Probelösung, KNO 3 der Salzbrücke und KCl der Kalomeltopfelektrode nicht auszuschließen. Diese Konzentrationsänderungen gehen mit kleinen Spannungsänderungen einher. Ablagerung von Silberhalogeniden am Filterpapier der Salzbrücke wurden zwar nach jeder Titration, so gut es ging, entfernt, ein kleiner Rest blieb aber stets haften und könnte bei darauffolgenden Titrationen teilweise wieder in Lösung gegangen sein. Darüber hinaus konnten mit der Bürette nicht immer genau 0,1 ml titriert werden. Aufgrund der Skaleneinteilung konnte nur mit einer Genauigkeit von ±0,025 ml titriert werden. Für die Volumenbestimmung wurden bei den verwendeten Lösungen und in der Nernstgleichung

9 PC I Versuchsprotokoll: E15 Potentiometrische Titration einer Chlorid/Iodid-Lösung 9 die Konzentrationen und nicht die Aktivitäten betrachtet. Es wurde vereinfachend davon ausgegangen, dass der Aktivitätskoeffizient γ = 1 beträgt. Die verwendeten Lösungen sind mit einer Äquivalentkonzentration von 0,1 nicht sehr stark verdünnt, sodass von einer Aktivität kleiner eins auszugehen ist. Die ermittelten Volumina könnten also leicht vom tatsächlichen Wert abweichen. Literatur [1] Abrufdatum: [2] Hamann, Vielstich, Elektrochemie, Wiley-VCH Verlag, 2005, Kap ,

10 PC I Versuchsprotokoll: E15 Potentiometrische Titration einer Chlorid/Iodid-Lösung 10 Anhang A.1 Messwerte A.1.1 Probelösung bekannter Zusammensetzung Titration(bei(je(5(ml(Lösung(KI(und(KCl V(in(ml E(in(mV ΔV ΔE ΔE/ΔV 0 =364 1 = = = = ,1 =317 0, ,2 =314 0, ,3 =311 0, ,4 =306 0, ,5 =305 0, ,6 =297 0, ,7 =289 0, ,8 =278 0, ,9 =263 0, =112 0, ,1 4 0, ,2 9 0, ,3 10 0, ,5 13 0, ,6 14 0, ,7 15 0, ,8 16 0, ,9 17 0, , ,15 1 6, ,95 7 7, ,5 1 17,5 17,5 9,1 56 0,1 3,5 35 9,2 58 0, ,3 61 0, ,4 65 0, ,5 69 0, ,6 76 0, ,7 83 0, ,8 91 0, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

11 PC I Versuchsprotokoll: E15 Potentiometrische Titration einer Chlorid/Iodid-Lösung 11 A.1.2 Übersichts-Titration der Probelösung unbekannter Zusammensetzung 1.#Titration#der#Probe#(grob) V#in#ml E#in#mV ΔV ΔE ΔE/ΔV ,5 1 23,5 23, ,5 63,

12 PC I Versuchsprotokoll: E15 Potentiometrische Titration einer Chlorid/Iodid-Lösung 12 A.1.3 Exakte Titration der Probelösung unbekannter Zusammensetzung 2.#Titration#der#Probe#(exakte#Bestimmung) V#in#ml E#in#mV ΔV ΔE ΔE/ΔV 0 >384,5 1 > ,5 4,5 2 > > >363,5 1 6,5 6,5 5 > ,5 9,5 5,1 >352 0, ,2 >351 0, ,3 >349,5 0,1 1,5 15 5,4 >348,5 0, ,5 >347 0,1 1,5 15 5,6 >345 0, ,7 >344 0, ,8 >342 0, ,9 >340,5 0,1 1, >338 0,1 2,5 25 6,1 >336 0, ,2 >333,5 0,1 2,5 25 6,3 >331 0,1 2,5 25 6,4 >329 0, ,5 >326 0, ,6 >322,5 0,1 3,5 35 6,7 >319 0,1 3,5 35 6,8 >315 0, ,9 >309,5 0,1 5, >300 0,1 9,5 95 7,1 >292,5 0,1 7,5 75 7,2 >284 0,1 8,5 85 7,3 >259 0, ,4 >91 0, ,5 >6 0, ,6 >4 0, ,7 >3,5 0,1 0,5 5 7,8 >1,5 0, >0,5 0, ,5 3, ,1 67 0, ,2 73 0, ,3 82 0, ,4 95 0, , , , , , , , , , , , , , , , ,3 247,5 0,1 4, , ,1 2, , , ,6 256,5 0,1 3, ,7 258,5 0, ,3 5,5 18,