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Titration einer schwachen Säure

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Chemie-Team
Titration einer schwachen Säure
lernst du in der 11. Klasse - 12. Klasse - 13. Klasse

Beschreibung Titration einer schwachen Säure

In diesem Video wird das maßanalytische Verfahren der Titration vorgestellt. In einem Beispiel wird eine schwache Säure mit einer starken Base titriert. Es wird gezeigt, wie die Ergebnisse grafisch aufgetragen werden können und wie im Anschluss die Konzentration berechnet wird.

Transkript Titration einer schwachen Säure

Hallo! Jonas möchte ein Experiment mit Essigsäure machen. Als er dazu die Säureflasche aus dem Schrank holt, stellt er fest, dass die Konzentrationsangabe auf der Flasche nicht mehr richtig lesbar ist. Er fragt deshalb seinen Freund Leo, was er nun tun könne. Leo erinnert sich, dass es eine Methode gibt, um die Konzentration zu bestimmen - die Säure-Base-Titration. Allerdings hat er selbst nur die Konzentration von Salzsäure bestimmt. Wo die Unterschiede zwischen Salzsäure und Essigsäure liegen und worauf du bei der Titration achten solltest, werden wir uns nun einmal genauer anschauen. Als erstes schauen wir uns also den Unterschied zwischen Salzsäure und Essigsäure an. Salzsäure ist eine starke Säure und Essigsäure ist eine schwache Säure. Aber was unterscheidet starke Säuren von schwachen? Die Säurestärke hängt mit der Fähigkeit zusammen in Wasser zu dissoziieren. Während starke Säuren wie HCl in Wasser vollständig dissoziieren und das Gleichgewicht der Reaktion somit stark auf Seiten der Produkte liegt, dissoziieren schwache Säuren kaum, das Gleichgewicht liegt auf der Eduktseite. Was muss daher nun also bei der Titration beachtet werden?

Der Versuchsaufbau unterscheidet sich nicht.

Im Becherglas befindet sich die Lösung, welche analysiert werden soll. In unserem Fall ist das Essigsäure. In der Bürette befindet sich die Maßlösung. Als Maßlösung wird eine starke Lauge, wie Natronlauge verwendet, deren Konzentration bekannt ist. Diese kann nun langsam zugetropft werden.

Die nun ablaufende Reaktion ist eine Neutralisation. Natronlauge ist aufgrund ihrer starken Basizität in der Lage die Essigsäure vollständig zu deprotonieren. Bei der Reaktion entstehen Natriumacetat und Wasser.

Natriumacetat ist ein Salz, welches basisch reagiert. Mit Wasser entstehen so Essigsäure und Hydroxidionen. Das unterscheidet die Titration einer schwachen Säure von der Titration einer starken Säure. Während bei der Titration von Salzsäure mit Natronlauge die entstehende Natriumchlorid-Lösung neutral ist, liegt der pH-Wert der Natriumacetat-Lösung im basischen. Sehr gut erkennen lässt sich das auch in einem Volumen-pH-Wert-Diagramm. Dort trägst du auf der x-Achse die verbrauchte Menge an Maßlösung auf und auf der y-Achse den pH-Wert der Anaysenlösung, den du mit einem pH-Messgerät misst. Zu Beginn der Titration liegt der pH-Wert höher als bei einer starken Säure, da die schwache Säure nur zu einem Teil dissoziiert und damit die Konzentration an Oxoniumionen geringer ist. Der Äquivalzenzpunkt fällt außerdem nicht mehr wie bei der Titration der starken Säure mit dem Neutralpunkt zusammen. Der Äquivalenzpunkt liegt bei der Titration von schwachen Säuren im Basischen.

Wichtig ist die Lage des Äquivalenzpunktes auch für die Wahl des richtigen Indikators für die Titration. Indikatoren haben einen bestimmten Umschlagsbereich. Um die Titration mit dem Indikator optisch verfolgen zu können, ist es wichtig, dass der pH-Sprung der Kurve auch im Umschlagsbereich des Indikators liegt.

Während der pH-Sprung bei einer starken Säure sehr groß ist und somit sehr viele Indikatoren geeignet sind, ist die Auswahl bei einer schwachen Säure geringer. Ein geeigneter Indikator hat daher seinen Umschlagsbereich im basischen wie zum Beispiel Phenolphthalein. Kommen wir nun zu einem konktreten Rechenbeispiel

Am Äquivalenzpunkt ist die Stoffmenge an Hydroxidionen gleich der Stoffmenge an Oxoniumionen. Da wir sowohl eine einprotonige Säure, als auch eine Base mit einem Hydroxidion haben, kannst du daraus ableiten, dass auch die Stoffmengen von Säure und Base an diesem Punkt gleich sind. Die Stoffmenge lässt sich durch Multiplikation des Volumens mit der Konzentration berechnen.

Nehmen wir an, wir haben bis zum Äquivalenzpunkt 10 ml, also 0,01l der Maßlösung verbraucht und die Konzentration der Natronlauge beträgt 0,1 mol/l. Nun kannst du die Stoffmenge der verbrauchten Maßlösung berechnen. Die verbrauchte Stoffmenge beträgt also 0,001 mol.

Da wir ja eben festgestellt haben, dass am Äquivalenzpunkt die Stoffmengen von Säure und Lauge gleich sind, ist also auch die Stoffmenge der Essigsäure 0,001 mol. Nun setzt du nur noch das Volumen, welches du zum Titrieren der Analysenlösung benötigt hast, in die Gleichung ein und kannst so die Konzentration berechnen. Nehmen wir mal an, du hast 20 ml deiner Essigsäure titriert, dann beträgt die Konzentration 0,05 mol/l. Du kennst nun also die Konzentration deiner Essigsäure und kannst mit ihr Versuche anstellen.

Du hast heute gelernt, dass sich schwache Säuren und starke Säuren durch die Fähigkeit zu dissoziieren voneinander unterscheiden. Außerdem hast du gelernt, dass bei einer Titration einer schwachen Säure mit einer starken Base das entstehende Salz basisch ist und somit Äquivalenzpunkt und Neutralpunkt nicht mehr gleich sind. Besonders wichtig ist daher die Wahl eines passenden Indikators. Auch bei einer schwachen Säure eignet sich die Titration um die Konzentration experimentell zu bestimmen. Tschüß und bis bald!

1 Kommentar

1 Kommentar
  1. Warum ist es notwendig, dass die Rosafärbung mindestens 1 Minute bestehen bleibt bei einer Titration ?

    Von Mi Zinn112, vor mehr als einem Jahr

Titration einer schwachen Säure Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Titration einer schwachen Säure kannst du es wiederholen und üben.
  • Zeige die Unterschiede zwischen Essigsäure und Salzsäure auf, die für die Titration wichtig sind.

    Tipps

    Starke Säuren dissoziieren nahezu vollständig in Wasser.

    Gibt man Salzsäure in Wasser, stellt sich das folgende Gleichgewicht ein:

    $HCl + H_2O \rightleftarrows H_3O^+ + Cl^-$

    Bei einer Reaktion bezeichnen wir die Ausgangsstoffe als Edukte und die entstehenden Stoffe als Produkte.

    Lösung

    Salzsäure (auch Chlorwasserstoffsäure genannt) ist eine starke, anorganische Säure. In der Chemie wird sie mit der Formel $HCl$ gekennzeichnet. Eine starke Säure dissoziiert in Wasser ($H_2O$) nahe zu vollständig. Das heißt, das Gleichgewicht liegt auf der Seite der Produkte.

    $HCl + H_2O \rightleftarrows H_3O^+ + Cl^-$

    Essigsäure (auch Ethansäure genannt) ist eine schwache, organische Säure, die ihren Namen unter anderem ihrem typischen Geruch nach Essig verdankt. In der Chemie wird sie mit der Formel $H_3CCOOH$ gekennzeichnet. Eine schwache Säure dissoziiert in Wasser ($H_2O$) kaum. Das heißt, dass Gleichgewicht liegt auf der Seite der Edukte.

    $H_3CCOOH + H_2O \rightleftarrows H_3O^+ +H_3CCOO^-$

  • Beschreibe, wie du die Konzentration einer Essigsäure ermitteln kannst.

    Tipps

    Wir ermitteln die unbekannte Konzentration der Analyselösung anhand der bekannten Konzentration der Maßlösung.

    Lösung

    Der Aufbau bei einer Säure-Base-Titration ist stets gleich, egal ob wir mit einer starken oder schwachen Säure arbeiten. Essigsäure ist eine schwache Säure. Kennen wir deren Konzentration nicht, bezeichnen wir sie als Analyselösung (auch Probelösung oder Titrand genannt) und füllen sie in ein Becherglas. Die Konzentration der Maßlösung (auch Titrator genannt) in der Bürette muss bekannt sein. Es empfiehlt sich in diesem Fall, eine starke Lauge wie Natronlauge ($NaOH$) zu nutzen.

    Während der Titration wird die Natronlauge aus der Bürette langsam zur Essigsäure getropft, dabei läuft eine Neutralisation ab.

    Natronlauge ist in der Lage, die Essigsäure vollständig zu deprotonieren. Dabei entstehen das Salz Natriumacetat und Wasser.
    $H_3CCOOH + NaOH \rightleftarrows NaOOCCH_3 +H_2O$

    Natriumacetat ist ein Salz, das basisch reagiert.
    $H_3CCOO^- + H_2O \rightleftarrows H_3CCOOH + OH^-$

    Dies ist der größte Unterschied zur Titration einer starken Säure. Daher liegt der $pH$-Wert der Natriumacetatlösung im basischen Bereich und wir müssen einen geeigneten Indikator wählen, der einen Farbumschlag im entsprechenden Bereich anzeigt.

  • Bestimme die Konzentration der Säure.

    Tipps

    Am Äquivalenzpunkt sind die Stoffmengen von Hydroxidionen und Oxoniumionen gleich. Bei einprotonigen Säuren und Basen mit einem Hydroxidion gilt dann auch:

    $n(Säure)=n(Base)$

    Es gilt immer $n=c\cdot V$, wobei $n$ die Stoffmenge, $c$ die Konzentration und $V$ das Volumen ist.

    Lösung

    Am Äquivalenzpunkt sind die Stoffmengen von Hydroxidionen ($OH^-$) und Oxoniumionen ($H_3O^+$) gleich. Bei einprotonigen Säuren und Basen mit einem Hydroxidion gilt dann auch:

    $n(H_3O^+)=n(OH^-) \Rightarrow n(\text{Säure})=n(\text{Base})$

    Wir kennen die Konzentration und das Volumen der Maßlösung:

    $c(\text{Base})=0,1~\text{mol/L}$
    $V(\text{Base})=100~\text{mL} = 0,1 ~\text{L}$

    In $n=c\cdot V$ eigesetzt folgt:
    $n(\text{Base})=0,1~\text{mol/L}\cdot 0,1~\text{L}=0,01~\text{mol}$

    Nach der Annahme oben folgt:

    $n(\text{Base})=n(\text{Säure})=0,01~\text{mol}$

    Für die Titration haben wir $500~\text{mL} = 0,5 ~\text{L}$ der Säure genutzt. Wir stellen nun die Formel nach der Konzentration $c$ um und erhalten:

    $c(\text{Säure})=n(\text{Säure})/V(\text{Säure})=0,01~\text{mol}/0,5 ~\text{L}=0,02~\text{mol/L}$

    Die Konzentration der Säure beträgt also $0,02~\text{mol/L}$.

  • Erläutere die Bedeutung des Volumen-$pH$-Wert-Diagramms.

    Tipps

    Eine schwache Säure dissoziiert nicht komplett, daher ist die Konzentration an Oxoniumionen geringer.

    Ein geeigneter Indikator für die Titration einer schwachen Säure mit Natronlauge ist zum Beispiel Phenolphthalein, dessen Umschlagpunkt zwischen $8,5$ und $10$ liegt.

    Lösung

    „Auf der $x$-Achse wird das Volumen der Maßlösung abgetragen.“
    Die Werte nehmen im Laufe der Titration zu.

    „Auf der $y$-Achse wird der $pH$-Wert der Analysenlösung angegeben.“
    Diesen misst du mit einem $pH$-Messgerät während der Titration.

    „Zu Beginn der Titration liegt der $pH$-Wert einer schwachen Säure über dem einer starken Säure.“
    Eine schwache Säure dissoziiert nicht komplett, daher ist die Konzentration an Oxoniumionen geringer.

    „Bei der Titration einer schwachen Säure fällt der Äquivalenzpunkt nicht mit dem Neutralpunkt zusammen.“
    Dies passiert nur bei einer starken Säure, bei einer schwachen Säure liegt dieser im basischen Bereich.

    „Der Äquivalenzpunkt spielt eine wichtige Rolle bei der Wahl des Indikators, denn diese haben einen bestimmten Umschlagsbereich.“
    Bei einer schwachen Säure ist der $pH$-Sprung geringer, sodass die Auswahl kleiner ist. Ein geeigneter Indikator ist zum Beispiel Phenolphthalein.

  • Gib an, welche Utensilien bei der Titration von Essigsäure benötigt werden.

    Tipps

    Ein Indikator ist ein Stoff oder Gerät, mit dem man eine chemische Reaktion überwacht. Dies geschieht häufig durch einen Farbumschlag bei einer $pH$-Wertänderung.

    Bei einer Titration soll eine Neutralisationsreaktion zwischen einer Säure und einer Base erfolgen.

    Mit einer Bürette kannst du Schritt für Schritt die Maßlösung zur Analyselösung geben.

    Die Konzentration der Maßlösung muss bekannt sein, die der Analyselösung wird bestimmt.

    Lösung

    Um die Konzentration einer Säure zu bestimmen, nutzt man in der Chemie das Verfahren der Titration. Bei der Titration einer schwachen Säure (Essigsäure) gleicht der Versuchsaufbau der allgemeinen Säure-Base-Titration. Dafür wird zunächst die Essigsäure mit unbekannter Konzentration als Analyselösung in ein Glasgefäß gegeben. Als Maßlösung nutzen wir eine starke Base wie Natronlauge, die in eine Bürette (siehe Bild) gefüllt wird. Die Konzentration der Natronlauge muss bekannt sein. Während der Titration wird die Natronlauge langsam zur Essigsäure getropft, dabei läuft eine Neutralisation ab. Um den Äquivalenzpunkt zu bestimmen, wird ein geeigneter Indikator eingesetzt.

    Salzsäure und Pipetten werden nicht benötigt.

  • Berechne die Konzentration anhand der Titrationsergebnisse.

    Tipps

    Du kannst die Formel $n=c\cdot V$ nach der Konzentration umstellen $c=n/V$.

    Am Äquivalenzpunkt gilt: $n(\text{Base})=n(\text{Säure})$.

    Lösung

    Im Becherglas befinden sich $50~\text{mL}$ Blausäure. Dazu wird Natronlauge der Konzentration $0,2 ~\text{mol/L}$ hinzugefügt.

    Wir sehen, dass die Natronlauge in der Bürette von $25~\text{mL}$ auf $15~\text{mL}$ sinkt. Nach dem Hinzufügen von $10~\text{mL}$ Natronlauge findet also der Farbumschlag statt.

    Daher gilt:

    $c(\text{Base})=0,2 ~\text{mol/L}$
    $V(\text{Base})=10~\text{mL}=0,01~\text{L}$

    Für die Stoffmenge erhalten wir:

    $n(\text{Base})=c(\text{Base})\cdot V(\text{Base})=0,2 ~\text{mol/L}\cdot 0,01~\text{L}=0,002 ~\text{mol}$

    Außerdem gilt: $n(\text{Base})=n(\text{Säure})=0,002 ~\text{mol}$

    Mit dem Umstellen der Gleichung erhalten wir die Konzentration der Blausäure:

    $c(\text{Säure})=n(\text{Säure})/V(\text{Säure})=0,002 ~\text{mol}/0,05~\text{L}=0,04~\text{mol/L}$

    Die Konzentration der Blausäure beträgt $0,04~\text{mol/L}$.

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