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Konzentrationsbestimmung durch Titrationen

Mit Hilfe von Titrationen kann die Konzentration einer unbekannten Lösung (Probelösung) bestimmt werden.

Erklärung

Neutralisation

Bei der Titration reagieren eine Säure und Base miteinander. Diese Reaktion heißt Neutralisation.

Die allgemeine Reaktionsgleichung der Neutralisation sieht so aus:

\text{Säure + Base} \xrightarrow{} \text{Wasser + Salzlösung}Sa¨ure + Base→Wasser + Salzlo¨sung\text{Säure + Base} \xrightarrow{} \text{Wasser + Salzlösung}\text{H-X + B-OH} \xrightarrow{} \text{H}_{2} \text{O} + \text{BX}H-X + B-OH→H2O+BX\text{H-X + B-OH} \xrightarrow{} \text{H}_{2} \text{O} + \text{BX}

Äquivalenzpunkt

Nach einer gewissen Zeit haben die Säure und die Base so miteinander reagiert, dass von beiden die gleiche Stoffmenge (n) vorhanden ist. Diesen Punkt nennt man Äquivalenzpunkt.

Am Äquivalenzpunkt gilt also:

\text{n(Säure)}=\text{n(Base)}n(Sa¨ure)=n(Base)\text{n(Säure)}=\text{n(Base)}

Indikator

Mit Hilfe eines Indikators kann der Äquivalenzpunkt bestimmt werden.

Bei der Titration sollte daher ein Indikator verwendet werden, der genau beim Äquivalenzpunkt seine Farbe ändert.

Berechnung Konzentration

Die Konzentration c lässt sich aus dem Quotient von der Stoffmenge n und dem Volumen V berechnen:

\text{\text{c}}=\frac{\text{n}}{\text{V}}c=nV\text{\text{c}}=\frac{\text{n}}{\text{V}}

c = Konzentration, n = Stoffmenge, V = Volumen

Die Formel kann nach n umgestellt werden:

\text{n}=\text{c}\cdot\text{V}n=c⋅V\text{n}=\text{c}\cdot\text{V}

Bei der Titration kennen wir folgende Werte:

  • Konzentration der Maßlösung
  • Volumen der Maßlösung, das bis zum Äquivalenzpunkt verbraucht wurde
  • Volumen der Probelösung

Du kannst jetzt in 2 Schritten die Konzentration der Probelösung berechnen:

  1. Stoffmenge n der Maßlösung am Äquivalenzpunkt berechnen
  2. Mit Hilfe der Stoffmenge die Konzentration c der Probelösung berechnen

Beispiel

Zu 10 ml Salzsäure (HCl) mit einer unbekannten Konzentration wird der Indikator Bromthymolblau zugegeben. Die Lösung färbt sich gelb.

Danach wird Natronlauge (NaOH) mit einer Konzentration von c(NaOH) = 1 mol/L langsam zugetropft. Jeweils nach ein paar Tropfen wird kurz gewartet, bis sich die Lösung durchmischt hat.

Nach dem Zutropfen von 15 ml NaOH bleibt die Indikatorfarbe grün. Wir haben den Umschlagsbereich (Bereich der Farbänderung) erreicht.

Frage: Wie groß ist die Konzentration der Salzsäure?

Die Salzsäure ist die Probelösung und die Natronlauge die Maßlösung.

Daher gibt es folgende Schritte:

1. Schritt

Wir müssen die Stoffmenge n der Natronlauge am Äquivalenzpunkt berechnen. Dazu nehmen wir die Formel

\text{n(NaOH)}=\text{c(NaOH)}\cdot \text{V(NaOH)}n(NaOH)=c(NaOH)⋅V(NaOH)\text{n(NaOH)}=\text{c(NaOH)}\cdot \text{V(NaOH)}

Einsetzen der Werte und ausrechnen:

\text{n(NaOH)}=1\, \frac{\text{mol}}{\text{L}}\cdot 0,015\,\text{L}n(NaOH)=1molL⋅0,015L\text{n(NaOH)}=1\, \frac{\text{mol}}{\text{L}}\cdot 0,015\,\text{L}\text{n(NaOH)}=0,015 \,\text{mol}n(NaOH)=0,015mol\text{n(NaOH)}=0,015 \,\text{mol}

2. Schritt

Wir können jetzt die Konzentration der Salzsäure berechnen. Dazu nehmen wir die Formel

\text{c(HCl)}=\frac{\text{n(HCl)}}{\text{V(HCl)}}c(HCl)=n(HCl)V(HCl)\text{c(HCl)}=\frac{\text{n(HCl)}}{\text{V(HCl)}}

Wir wissen, dass am Äquivalenzpunkt die Stoffmengen gleich sind, also gilt:

\text{n(NaOH)}=\text{n(HCl)}n(NaOH)=n(HCl)\text{n(NaOH)}=\text{n(HCl)}

Die Stoffmenge der Natronlauge am Äquivalenzpunkt haben wir im 1. Schritt berechnet. Daher ist am Äquivalenzpunkt auch:

\text{n(HCl)}=0,015 \,\text{mol}n(HCl)=0,015mol\text{n(HCl)}=0,015 \,\text{mol}

Das können wir jetzt in die Formel zur Konzentrationsbestimmung einsetzen:

\text{c(HCl)}=\frac{0,015\, \text{mol}}{0,01\,\text{L}}=1,5\, \frac{\text{mol}}{\text{L}}c(HCl)=0,015mol0,01L=1,5molL\text{c(HCl)}=\frac{0,015\, \text{mol}}{0,01\,\text{L}}=1,5\, \frac{\text{mol}}{\text{L}}

Die Konzentration der Salzsäure ist also 1,5 mol/L.

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