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Säure-Base-Titration (Grundlagen)

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André Otto
Säure-Base-Titration (Grundlagen)
lernst du in der 11. Klasse - 12. Klasse - 13. Klasse

Beschreibung Säure-Base-Titration (Grundlagen)

In diesem Video wird dir die Titration als quantitativ-analytisches Verfahren vorgestellt und erläutert. Zu Beginn wird dazu noch einmal auf die Neutralisation eingegangen, welche in der Säure-Base-Titration von besonderer Bedeutung ist. Danach wird die Apparaturen und das allgemeine Vorgehen bei der Titration beschrieben. Vor allem die Nutzung des richtigen Indikators ist hier besonders wichtig, welche im Vorfeld mit der Titration einer starken und einer schwachen Säure bzw. Base erläutert wird. Dabei wird auf zwei markante Daten in einer Titrationskurve eingegangen: den Äquivalenz- und den Neutralpunkt. Zum Abschluss des Videos werden dann exemplarische zwei Titrationsberechnungen durchgeführt. Wenn du mehr dazu erfahren willst, dann schau dir das Video an.

Transkript Säure-Base-Titration (Grundlagen)

Guten Tag und herzlich willkommen! In diesem Video geht es um die Säure-Base-Titration. Das Video gehört zur Reihe Säuren und Basen. Als Vorkenntnisse solltet ihr solides Wissen über Säuren und Basen mitbringen. Ihr müsst wissen, was Dissoziation, Neutralisation und ph-Wert sind. In diesem Video möchte ich euch grundlegende Vorstellungen über die Säure-Base-Titration vermitteln.

Der Film ist in fünf Abschnitte unterteilt: 1. Neutralisation und Titration 2. Titrationskurve 3. Äquivalenzpunkt und Neutralpunkt 4. Indikatoren und 5. Gehaltsbestimmungen

  1. Neutralisation und Titration Wir haben gelernt, dass bei der Neutralisation, eine Säure mit einer Base zu einem Salz und Wasser umgesetzt werden. Ein Beispiel dafür: Salzsäure HCl reagiert mit Natronlauge NaOH zu einem Salz NaCl und Wasser H2O. Man kann die Reaktion aber auch so formulieren: Base + Säure -> Salz + Wasser. Im Beispiel bedeutet das: Natriumhydroxid NaOH reagiert mit Salzsäure HCl zum Salz Kochsalz NaCl plus Wasser H2O. Worin besteht der Unterschied zwischen der ersten Reaktion und der Zweiten? Im Erstfall kann ich so argumentieren, dass ich eine Säure zu einer Baselösung hinzugebe. Im zweiten Fall ist es umgekehrt. Hier wird eine Base zu einer Säurelösung gegeben. Das bedeutet oben, ich gebe Salzsäure zu Natronlauge und in der zweiten Reaktion unten, Natronlauge zu Salzsäure. Warum muss man zwischen diesen beiden Fällen unterscheiden? Wir haben es hier mit zwei unterschiedlichen Möglichkeiten der Titration zu tun, die wir heute besprechen werden. Bei der Titration handelt es sich um ein quantitatives Analyseverfahren. Man nennt die Titration auch Maßanalyse oder dem Lateinischen entlehnt Volumetrie. Was ist das nun, diese Titration? Ich möchte das mithilfe dieser zwei einfachen Versuchsanordnungen erklären. Wir haben auf beiden Seiten jeweils eine Bürette. Das ist ein graduiertes Rohr mit Auslaufvorrichtung. Durch die Betätigung des Hahnes unten kann die Flüssigkeit, die sich in der Bürette befindet, in das Becherglas einlaufen. Zum Durchmischen der Lösung ist im Becherglas ein Magnetrührer. In der Bürette links ist Salzsäure. Diese kann durch Öffnen des Hahnes, die Natronlauge im Becherglas neutralisieren. Bei der Versuchsanordnung rechts ist es umgekehrt. Hier ist Natronlauge in der Bürette und neutralisiert die Salzsäure im Becherglas. Die allmähliche Zugabe einer Säure zu einer Base bezeichnet man als Azidimetrie. Die allmähliche Zugabe einer Base zu einer Säure nennt man Alkalimetrie. Der Oberbegriff für Azidimetrie und Alkalimetrie ist Titration.

  2. Titrationskurve Wir wollen in diesem Abschnitt die Titrationskurve für die Alkalimetrie untersuchen. Dabei betrachten wir zwei Möglichkeiten. In beiden Fällen wird mit Natriumhydroxid titriert. Beim linken Versuch wird Salzsäure neutralisiert. Salzsäure ist bekanntlich eine starke Säure. Rechts wird Essigsäure neutralisiert. Bei Essigsäure handelt es sich um eine schwache Säure. Schauen wir uns nun die beiden Titrationskurven an. Der ph-Wert der Lösung wird gegen die Menge der hinzugegebenen Natronlauge aufgetragen. Wir wollen nun den Verlauf der Titration für die Versuchsanordnung links verfolgen. Nun schauen wir uns die Titrationskurve für den Versuch rechts an. Die Titrationen sind beendet und wir haben die entsprechenden Titrationskurven erhalten. Was auffällt ist der Unterschied beim Übergang vom saueren zum basischen Bereich. Bei der Titration von Salzsäure ist dieser Übergang scharf. Wird mit Natronlauge Essigsäure titriert, so ist dieser Übergang eher fließend. Die Titration von starken und schwachen Säuren gibt unterschiedliche Titrationskurven.

  3. Äquivalenzpunkt und Neutralpunkt Die Äquivalenzpunkte für beide Titrationen werden mit violetter Farbe eingetragen. Äquivalenzpunkt bedeutet, dass die Konzentrationen von Säure und Base gleich sind. Schauen wir uns nun diese Punkte an, grün markiert. Sie liegen da, wo die Titrationskurve einem ph-Wert von 7 entspricht. Diese Punkte bezeichnet man jeweils als Neutralpunkt. Bei der Titration der starken Säure Salzsäure mit der starken Säure Natronlauge sind Äquivalenzpunkt und Neutralpunkt gleich. Bei der Titration der Essigsäure sind Äquivalenzpunkt und Neutralpunkt verschieden.

  4. Indikatoren Indikatoren müssen die Eigenschaft besitzen, dass sie ein auffälliges Verhalten im Umschlagbereich zeigen. Nehmen wir den Fall, wo Natronlauge mit Salzsäure titriert wird. Hier ist Methylorange ein populärer Indikator. In Natronlauge ist Methylorange gelb. Beim Erreichen des Äquivalenzpunktes schlägt der Indikator nach Rot um. Schauen wir uns den umgekehrten Fall an. Mit Natronlauge wird eine Salzsäurelösung titriert. Ein häufig verwendeter Indikator ist hierfür Phenolphthalein. Im Saueren des schwach basischen Bereichs ist Phenolphthalein weiß. Sobald ein leichter Überschuss der Base vorliegt, wird Phenolphthalein rosa. Vorsicht, bitte zu beachten! Bei der Wahl des Indikators ist der Äquivalenzpunkt entscheidend, nicht der Neutralpunkt. Das gilt es dann zu berücksichtigen, wenn man es mit schwachen Säuren oder Basen zu tun hat.

  5. Gehaltsbestimmung Die Titration ist ein quantitatives Verfahren. Das heißt, man möchte mit ihrer Hilfe Mengen bestimmen. Hier nun zwei Anwendungsbeispiele: Mit Salzsäure wird eine Natronlaugelösung titriert. Man möchte nun gerne wissen, wie viel reines Natriumhydroxid in der Lösung enthalten sind. Die Salzsäurelösung soll eine Konzentration von 0,05 mol/l besitzen. Bei der Titration werden 15 ml Säure verbraucht. Die Stoffmenge n ist das Produkt aus Konzentration und Volumen. Wir multiplizieren beide Werte aus der Aufgabe. Wir erhalten für die Stoffmenge: n = 0,00075 mol. Der Gehalt ist nun die Masse reiner Natronlauge. Man erhält die Masse als Produkt aus der Stoffmenge und der molaren Masse. Wir multiplizieren die erhaltene Stoffmenge mit 40 g/mol. Wir erhalten: m = 0,03 g. Und nun ein Beispiel für die Titration von Salzsäure mit Natronlauge. Die Konzentration der Lauge beträgt 0,02 mol/l; 50 ml Lauge wird verbraucht. Wir errechnen zuerst die Stoffmenge: n = 0,02 mol/l × 0,05 l ; das ergibt 0,001 mol. Der Gehalt ergibt sich wieder als Produkt der Stoffmenge und molarer Masse. Man erhält: m = 0,0365 g.

Ich danke für eure Aufmerksamkeit. Alles Gute, auf Wiedersehen.

19 Kommentare

19 Kommentare
  1. Achso

    Von Itslearning Nutzer 2535 432020, vor etwa einem Jahr
  2. Die Videolänge wird aus verschiedenen Gründen auf 10 Minuten limitiert. Es ist daher notwendig, sich auf die wesentlichen Aspekte zu beschränken.
    Wenn von Salzsäure gesprochen wird, so ist es durchaus legitim, das durch HCl zu symbolisieren. Ebenso verhält es sich mit Natronlauge. Im Labor ist es üblich, die Lösungen beider Verbindungen zu verwenden. Da das Thema des Videos "Säure - Base - Titration heißt", wird hier selbstredend nicht von gasförmigem Chlorwasserstoff oder festem Ätznatron gesprochen.
    Im Film geht es um das Handwerkliche. Möglich, dass der Äquivalenzpunkt zu kurz gekommen ist.
    Die Stoffmengengleichheit ergibt sich aus der Gleichheit der Normalitäten und schließlich aus den Wertigeiten von Säure und Base.
    Dass die Stoffmengen bei jeweils einer aktiven Funktion gleich sind, wird durch die Stöchiometrie der Reaktionsgleichung eingefordert. Diese Kenntnisse sind Grundlagen für das Schauen des Videos. Es ist für die Sekundarstufe I ungeeignet und sollte im Grundkurs Chemie auch nur bedingr geschaut werden.
    All das bedeutet nicht, dass die genannten Bemerkungen nicht in weiterführenden, erläuternden oder Übungsvideos einfließen könnten. Seinerzeit war das redaktionell nicht vorgesehen und entsprechende Kapazitäten für derartige Ansätze waren nicht vorhanden.
    Alles Gute

    Von André Otto, vor fast 3 Jahren
  3. An sich ganz gut gemacht, allerdings sind einige Fehler vorhanden, bzw. Fehlen wichtige Dinge. Zum Beispiel ist Salzsäure ≠ HCl, sondern HCl(aq) oder Natronlauge ≠ NaOH, sondern NaOH(aq). Es wird nicht erläutert, was der Äquivalenzpunkt ist. Schöne wäre auch noch, wenn erklärt werden würde, warum es bei der Titration einer schwachen Base eine Äquivalenzpunktsverschiebung ins Basische gibt. Bei der Berechnung fehlt der Ansatz völlig und es wird nicht klar, warum man die Stoffmenge von HCl = der Stoffmenge von NaOH setzen darf.

    Von J Seeger, vor fast 3 Jahren
  4. Dieses video war echt gut, danke für die tolle erklärung

    Von Saramaggi, vor fast 6 Jahren
  5. danke hat mir geholfen :)

    Von Deleted User 111167, vor mehr als 7 Jahren
Mehr Kommentare

Säure-Base-Titration (Grundlagen) Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Säure-Base-Titration (Grundlagen) kannst du es wiederholen und üben.
  • Definiere die Begriffe rund um Titration.

    Tipps
    Lösung

    Säure-Base Titration ist ein maßanalytisches, quantitatives Verfahren zur Bestimmung der Konzentrationen von Säuren oder Basen in einer Lösung. Man unterscheidet zwischen Alkalimetrie, in welcher die Konzentration einer Säure mithilfe einer Base bestimmt wird, und Acidimetrie, bei welcher analog die Konzentrationsbestimmung einer Base mithilfe einer Säure stattfindet.

    Die Bestimmung eines bekannten Stoffes mit unbekannter Konzentration erfolgt durch Titration mit einer geeigneten Maßlösung. Dies ist eine Lösung mit exakt bestimmter Konzentration.

    Im Verlauf der Titration erfolgt eine Neutralisation, weil die ${H_3O}^+$ und $OH^-$-Ionen zu $H_2O$ reagieren. Der Endpunkt der Titration ist der Äquivalenzpunkt, der durch geeignete Indikatoren angezeigt wird, welche bei einer Änderung des pH-Wertes der Lösung einen Farbumschlag zeigen.

  • Bestimme folgende Punkte aus der Titrationskurve.

    Tipps

    Entstehen bei der Titration saure oder basische Salze, so liegt der Endpunkt nicht mehr genau bei pH = 7.

    Bei der Titration starker Säuren und Basen gibt es einen sehr scharfen pH-Sprung.

    Lösung

    Der Startpunkt d ist nur abhängig von der Probenlösung. Da ein pH-Wert von 2,5 vorliegt (saurer Bereich), muss es sich in der Vorlage um eine Säure handeln. Erst am Kurvenverlauf wird dann deutlich, ob es sich um eine starke oder schwache Säure handelt.

    Durch tropfenweise Zugabe von Base erhöht sich der pH-Wert langsam. Schlussendlich ergibt sich ein Kurvenverlauf mit zwei Wendepunkten (Sattelpunkten). Der erste Wendepunkt c legt genau den Punkt fest, an dem der pH-Wert dem $pK_S$-Wert der Säure entspricht. Der zweite Wendepunkt liegt im pH-Sprung, an dem der Farbumschlag des Indikators erfolgt.

    Bei der Neutralisation zwischen einer schwachen Säure, wie z.B. Essigsäure, mit einer starken Base (z.B. NaOH) bilden sich ein basisches Salz und Wasser: $NaOH + CH_3COOH \rightarrow CH_3COONa + H_2O$.

    Dieses basische Acetat steht mit dem Wasser in einem Protolyse-Gleichgewicht: $CH_3COONa + H_2O \rightarrow CH_3COOH + OH^- + Na^+$

    Der Endpunkt der Titration liegt also nicht beim Neutralpunkt b, sondern beim im Basischen verschobenen Äquivalenzpunkt.

    • Der Endpunkt a (Äquivalenzpunkt) liegt nur bei der Titration von starker Säure mit starker Base genau am Neutralpunkt.
  • Berechne den Gehalt einer Natronlauge-Lösung.

    Tipps

    Die Stoffmenge ist das Produkt aus Volumen und Konzentration: $n = c \cdot V$

    Der Gehalt berechnet sich über das Produkt aus Stoffmenge und molarer Masse.

    Lösung

    Bei der Titration von HCl mit NaOH bilden sich NaCl und Wasser. Aus den Verbrauch an Natronlauge und einer genau bestimmten Konzentration dieser Maßlösung lässt sich der Gehalt an HCl feststellen:

    • $c(NaOH) \cdot V(NaOH) = n(NaOH)$
    • $n(NaOH) = 0,01 \frac {mol} {l} \cdot 10 \cdot 10^{-3} l = 0,0001~ mol$
    Am Äquivalenzpunkt, d.h. dem Punkt, an dem die Konzentration an Säure und Base gleich groß ist, gilt: $n(HCl) \equiv n(NaOH)$.

    • $n(HCl) = \frac {m(HCl)} {M(HCl)}$
    • $\to m(HCl) = n(HCl) \cdot M(HCl)$
    • $m(HCl) = 0,0001~mol \cdot 36,5 \frac {g} {mol} \equiv 3,65~mg$
    Damit betrug der Gehalt an Chlorwasserstoff in der zu untersuchenden Lösung 3,65 mg.

  • Bestimme die Titrationskurve für die Maßanalyse von Oxalsäure mit Natronlauge.

    Tipps

    $pK_s(HOOC-COOH) = 1,25$

    Lösung

    Oxalsäure ist eine starke, zweiprotonige Säure. Bei der Titration gegen Natronlauge müssen damit zwei Äquivalenzpunkte auftauchen. Der erste stammt sozusagen aus der Titration der einen Säuregruppe und der zweite aus der Titration bis zum Natrium-oxalat:

    • 1.) $HOOC-COOH + NaOH \rightarrow HOOC-COONa + H_2O$
    • 2.) $HOOC-COONa + NaOH \rightarrow NaOOC-COONa + H_2O$
    Damit liegen während der Titration ständig die starke Oxalsäure und eine schwache Säure als Oxalat-Ion nebeneinander vor. Diese lassen sich getrennt bestimmen, weil die pH-Sprünge weit genug auseinander liegen.

    Die anderen Bilder sind der Titration einer starken Säure mit starker Base (Auswahl 1), Titration einer schwachen Säure mit einer starken Base (Auswahl 2) und der Titration von einer dreiprotonigen Säure z.B. Phosphorsäure (Auswahl 4) zuzuordnen.

  • Nenne einen geeigneten Indikator für die Titration von Essigsäure mit Natronlauge.

    Tipps

    Findet die Neutralisationsreaktion zwischen einer starken Säure und einer schwachen Base statt, so ist die wässrige Lösung des entstandenen Salzes sauer.

    z.B.

    • $NH_3 + {H_3O}^+ + Cl^- \rightarrow NH_4Cl + H_2O$
    • $NH_4Cl + H_2O \rightarrow NH_3 + {H_3O}^+ + Cl^-$

    Lösung

    Eine schwache Säure (z.B. Essigsäure, Ameisensäure) und eine starke Base bilden in einer Neutralisationsreaktion ein basisches Salz und Wasser:

    • $CH_3COOH + NaOH \rightarrow CH_3COONa + H_2O$
    Die wässrige Lösung des Salzes reagiert basisch:

    • $CH_3COONa + H_2O \rightarrow CH_3COOH + Na^+ + OH^-$
    Deswegen liegt der Äquivalenzpunkt bei dieser Titration im basischen Bereich verschoben. Ein geeigneter Indikator ist das Phenolphthalein. Dieser hat seinen Umschlagpunkt im basischen Bereich, welcher eine rosa-rote Färbung zeigt.

  • Erkläre, warum Rotkohl-Saft bei Zugabe von Säure die Farbe ändert.

    Tipps

    Ammoniak ist eine schwächere Base als Natronlauge.

    Der Äquivalenzpunkt lässt sich aus dem „pH-aktiven“ Salz, was bei der Neutralisation entsteht, ableiten.

    Lösung

    Die Anthocyane im Rotkohl sind die Farbstoffe, die den Rotkohlsaft zu einer Indikatorlösung machen. Bei hoher Protonenkonzentration ist der pH-Wert niedrig (pH < 7), d.h. die Lösung ist sauer. Im Gegenteil dazu ist bei einer niedrigen Protonenkonzentration der pH-Wert sehr groß und die Lösung ist basisch (pH > 7).

    Die schwache Ameisensäure verursacht im Rotkohlsaft eine violette Färbung und bildet mit Kalilauge in einer Neutralisationsreaktion das basisch reagierende Kaliumformiat und Wasser:

    • $HCOOK + H_2= \rightarrow HCOOH + K^+ + OH^-$
    Deswegen liegt der Umschlagpunkt der Titration eher im basischen Bereich bei blau-grün.

    Ammoniak hingegen zeigt im Rotkohlsaft eine grün-gelbe Farbe. Wird dieser mit Salzsäure titriert, so entsteht bei der Neutralisation das saure Ammoniumchlorid.

    • $NH_4Cl + H_2O \rightarrow NH_3 + {H_3O}^+ + Cl^-$
    Damit liegt der Äquivalenzpunkt im sauren Bereich und zwar ebenfalls bei violett.

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