Die Rechnung ist kurz, die Stolperstellen liegen davor und danach: beim Stoffmengenverhältnis der Reaktion und bei der Deutung des Umschlagpunkts.
AUF EINEN BLICK
Aus dem Verbrauch einer Maßlösung bekannter Konzentration wird die unbekannte Konzentration der Probe bestimmt. Der Weg führt immer über die Stoffmenge.
SO GEHST DU VOR
Wer die Reaktionsgleichung zuerst aufstellt, übersieht das Stoffmengenverhältnis nicht – der teuerste Fehler in diesen Aufgaben.
Am Äquivalenzpunkt sind die Stoffmengen gleich – daraus folgt die unbekannte Konzentration.
AUFGABE
20,0 mL Natronlauge unbekannter Konzentration werden mit 18,5 mL Salzsäure der Konzentration 0,100 mol/L bis zum Äquivalenzpunkt titriert. Berechnen Sie c(NaOH).
LÖSUNGSWEG
c(NaOH) = 0,0925 mol/L
Messwert, Rechnung und Deutung der Kurve – jeder Teil bringt eigene Punkte.
Messwert
Der Verbrauch ist die Differenz zweier Bürettenablesungen. Bei mehreren Durchgängen wird über die brauchbaren Werte gemittelt.
Rechnung
Bei 18,5 mL Natronlauge mit 0,1 mol/L sind das 0,00185 mol. Bei einem Verhältnis von eins zu eins enthält die Probe dieselbe Stoffmenge Säure.
Kurve
Bei starker Säure und starker Base liegt der Äquivalenzpunkt bei pH 7. Titriert man eine schwache Säure mit starker Base, liegt er im basischen Bereich.
Vier Schritte, die Messfehler von Rechenfehlern trennen.
Verbrauch sauber bestimmen
Über die Stoffmenge gehen
Äquivalenzpunkt einordnen
20 mL Probe
Verhältnis übersehen
Reaktionsgleichung aufstellen
Ohne die Gleichung ist das Stoffmengenverhältnis nicht bekannt – und die Rechnung wird beliebig.
Verbrauch bestimmen
Bilde die Differenz der Ablesungen und prüfe, ob ein Durchgang als Ausreißer auszuschließen ist.
Konzentration berechnen
Rechne über die Stoffmenge und führe die Einheiten in jeder Zeile mit.
Rechenweg prüfen lassen
Der Korrektur-Agent unterscheidet, ob das Verhältnis, die Umrechnung oder die Deutung das Problem war.
HINTERGRUND
Der Äquivalenzpunkt ist eine rechnerische Größe: Dort sind Säure und Base im stöchiometrischen Verhältnis vollständig umgesetzt. Er lässt sich aus der Reaktionsgleichung bestimmen, aber nicht direkt sehen.
Der Endpunkt ist dagegen das, was du beobachtest – der Farbumschlag des Indikators. Er liegt nur dann nahe genug am Äquivalenzpunkt, wenn der Indikator zum erwarteten pH-Bereich passt.
Deshalb ist die Wahl des Indikators eine eigene Aufgabenstellung. Titrierst du eine schwache Säure mit starker Base, liegt der Äquivalenzpunkt im basischen Bereich, und ein Indikator mit Umschlag im sauren Bereich würde systematisch zu früh anzeigen.
Rechenbeispiel
20 mL Probe
Bei 18,5 mL Natronlauge mit 0,1 mol/L und einem Verhältnis von eins zu eins ergibt sich für 20,0 mL Probe eine Konzentration von etwa 0,093 mol/L.
Fehlerbild
Verhältnis übersehen
Bei einer zweiprotonigen Säure wird eins zu eins gerechnet – das Ergebnis liegt um den Faktor zwei daneben.
Anschlussübung
Nur Indikatorwahl
Eine kurze Serie trainiert ausschließlich die Zuordnung von Indikator und erwartetem Äquivalenzpunkt.
Eine Titration bestimmt eine unbekannte Konzentration über eine Reaktion mit bekannter Maßlösung. Gute Lösungen trennen den experimentell erkannten Endpunkt vom stöchiometrischen Äquivalenzpunkt und legen Annahmen offen.
VERSUCHSAUSWERTUNG
Verbraucht wird die Differenz aus End- und Anfangsstand der Bürette, nicht automatisch der angezeigte Endwert. Wiederholte, nahe beieinanderliegende Titrationen liefern eine belastbarere Grundlage als ein einzelner Durchgang.
Der Farbumschlag eines Indikators markiert einen beobachteten Endpunkt in seinem Umschlagsbereich. Er soll möglichst nahe am Äquivalenzpunkt liegen, ist aber begrifflich nicht mit ihm identisch und kann eine Messabweichung verursachen.
STOFFMENGENRECHNUNG
Zuerst wird die ausgeglichene Reaktionsgleichung notiert. Aus Konzentration und verbrauchtem Volumen der Maßlösung folgt ihre Stoffmenge; erst das Koeffizientenverhältnis überträgt diese auf den gesuchten Stoff.
Für c = n/V werden Volumina konsistent eingesetzt, häufig in Litern. Eine Formel wie c1V1 = c2V2 gilt nicht unabhängig von der Stöchiometrie; bei mehrprotonigen Säuren oder anderen Verhältnissen muss die Gleichung berücksichtigt werden.
KURVEN- UND PLAUSIBILITÄTSCHECK
Eine Titrationskurve zeigt den pH-Verlauf und den Bereich starker Änderung, doch ihre Form hängt von Säure- und Basenstärke ab. Der pH am Äquivalenzpunkt ist daher nicht bei jeder Kombination neutral.
Die berechnete Konzentration wird mit Einheiten, eingesetztem Probenvolumen und Verbrauch plausibilisiert. Als Transfer ändert sich die Konzentration der Maßlösung; die erwartete Richtung des Verbrauchs wird vor der Rechnung begründet.
Lade Messwerte und Rechenweg hoch und prüfe, ob Stoffmengenverhältnis, Umrechnung und Kurvendeutung zusammenpassen.