Titration einer starken Säure mit einer starken Base in der Chemie
Im Chemieunterricht hast du sicherlich schon Säuren und Basen kennengelernt. Aber kennst du auch schon die Titration – ein Verfahren zur Konzentrationsbestimmung einer Probelösung? Wie genau eine Titration funktioniert und wie du beispielsweise die Konzentration einer Salzsäure-Lösung bestimmen kannst, erfährst du im Folgenden.
Wusstest du schon?
Titration ist nicht nur ein Experiment im Labor. Sie wird auch im Alltag eingesetzt, z. B. um die Wasserqualität in Schwimmbädern zu kontrollieren. So wird sichergestellt, dass das Wasser sicher und angenehm zu schwimmen ist!
Titration in der Chemie – Definition
Einfach erklärt, ist eine Titration ein chemisches Verfahren zur quantitativen Analyse eines Stoffes.
Ziel dieses Verfahrens ist es, die Konzentration einer Probelösung mithilfe einer Maßlösung zu bestimmen. Die Konzentration der Probelösung ist unbekannt, während die Konzentration der Maßlösung bekannt ist.
Das Verfahren kann ebenso als Titrimetrie, Volumetrie oder Maßanalyse bezeichnen werden.
Titration – verschiedene Verfahren
Mithilfe der Titration kannst du die Konzentration einer Probelösung mithilfe einer Maßlösung bestimmen. Die Maßlösung wird der Probelösung tröpfchenweise bis zum sogenannten Äquivalenzpunkt zugegeben. Dazu wird eine Bürette – ein Glasröhre mit Skalierung und einem Hahn zur Dosierung der Maßlösung – verwendet, mit der du die Maßlösung zum einen tröpfchenweise aus der Bürette lassen und zum anderen genau die verbrauchte Menge an Maßlösung ablesen kannst.
Der Äquivalenzpunkt ist der Punkt, an dem die Stoffmengen der an der Neutralisationsreaktion beteiligten Säure und Base stöchiometrisch ausgeglichen vorliegen. Wenn dabei eine starke Säure mit einer starken Base neutralisiert wird, gilt in diesem Fall, dass die Stoffmengen der $\ce{H3O+}$- und $\ce{OH-}$-Ionen in der Probelösung am Äquivalenzpunkt genau gleich groß sind. Dies gilt allerdings nur bei der Titration einer starken Säure mit einer starken Base (bzw. umgekehrt).
Wie du den Äquivalenzpunkt erkennst und welche Indikatoren du einsetzt, ist abhängig vom Verfahren. Im Folgenden wird dir eine Übersicht über die wichtigsten Arten von Titrationen gezeigt:
-
Säure-Base-Titration: Der Äquivalenzpunkt wird entweder über die Zugabe eines Indikators und dessen Farbumschlag ermittelt oder über die Messung des pH-Wertes mithilfe einer Elektrode. Es handelt sich um eine pH-metrische Titration.
-
Fällungstitration: Der zu analysierende Stoff wird während der Titration in einen schwer löslichen Stoff bekannter Zusammensetzung überführt. Der Äquivalenzpunkt wird durch das Ausfällen eines Niederschlags sichtbar.
-
Titration nach Mohr: Der Äquivalenzpunkt ist durch die Bildung von Silberchromat erkennbar. Dieser Titration liegt eine quantitative Bestimmung von Chlorid- und Bromidionen zugrunde. Sie gehört zur Argentometrie und ist ein Spezialfall der Fällungstitration.
-
Komplexometrische Bestimmung: Der Äquivalenzpunkt wird durch eine Komplexbildungsreaktion sichtbar, indem Farbstoffe zugesetzt werden oder die Bildung des Komplexes aufgrund einer Farbänderung photometrisch verfolgt werden kann. Es wird die Konzentration von Metallionen in wässrigen Lösungen bestimmt. Die Metallionen haben die Eigenschaft, mit unterschiedlichen Substanzen verschiedenfarbige Komplexe zu bilden.
-
Potentiometrische Titration: Der Äquivalenzpunkt wird durch die Änderung der Leerlaufspannung ersichtlich. Durch die Änderung der Konzentration ändert sich entsprechend auch das elektrochemische Potenzial, welches gemessen wird.
-
Konduktometrische Titration: Der Äquivalenzpunkt wird durch die Änderung des ohmschen Widerstands erkenntlich. Die konduktometrische Titration ist eine Leitfähigkeitstitration und der potentiometrischen Titration ähnlich.
-
Iodometrische Titration: Der Äquivalenzpunkt ist durch Zugabe von Stärkelösung als Indikator durch eine intensive blaue Färbung erkennbar. Der iodometrischen Titration liegt eine Gleichgewichtsreaktion von Iodidionen und Iod zugrunde. Die Methode kann über eine direkte oder indirekte Titration durchgeführt werden. Letztere stellt eine Bestimmung mittels Rücktitration dar.
Schlaue Idee
Wenn du zu Hause mit Zitronensaft und Natron experimentierst, siehst du eine Blasenbildung. Dies zeigt eine chemische Reaktion zwischen einer starken Säure und einer Base, ähnlich wie bei der Titration im Labor.
Säure-Base-Titration am Beispiel von Salzsäure und Natronlauge
Bisher hast du gelernt, was die Titration ist und welche Verfahren es gibt. Am Beispiel von Salzsäure und Natronlauge lernst du nun das Verfahren, den Aufbau und die Berechnung zur Konzentration der Probelösung mittels Säure-Base-Titration kennen.
Säure-Base-Titration – Versuchsaufbau und Durchführung
Stell dir folgende Situation vor: Du hast in einem Becherglas Salzsäure $\left( \ce{HCl} \right)$ in wässriger Lösung vorliegen und schüttest nun eine unbekannte Menge an Wasser hinzu. In welcher Konzentration liegt deine Salzsäure nun vor?
Die wässrige Salzsäure stellt die Probelösung dar. Um nun die Konzentration der Salzsäure zu bestimmen, kannst du die Säure-Base-Titration anwenden. Dazu benötigst du eine Base bekannter Konzentration als Maßlösung. Du kannst als Maßlösung Natronlauge, also Natriumhydroxid $\left( \ce{NaOH} \right)$ in wässriger Lösung verwenden, wobei dir die $\ce{NaOH}$-Konzentration der Natronlauge bekannt sein muss.
Wie realisierst du den Versuchsaufbau, um die unbekannte Konzentration der Salzsäure zu bestimmen?
Dazu stellst du dein Becherglas mit der Salzsäule unter eine Bürette. Die Bürette ist mit der Natronlauge bekannter Konzentration gefüllt. In die Salzsäure gibst du einige Tropfen eines Indikators, der dir den jeweiligen pH-Wert der Lösung in deinem Becherglas anzeigen soll. Du kannst bei der Säure-Base-Titration von Salzsäure und Natronlauge beispielsweise den Indikator Phenolphthalein verwenden. Achte bei Wahl des Indikators darauf, dass dessen Umschlagspunkt im gleichen Bereich liegt wie der erwartete Äquivalenzpunkt, damit du diesen gut erkennen und im weiteren Verlauf die Konzentration der unbekannten Lösung berechnen kannst.
In der folgenden Abbildung ist der beschriebene Versuchsaufbau dargestellt:

Zu Beginn des Versuchs liegt in dem Becherglas ein saurer pH-Wert vor. Jetzt tropfst du langsam die Natronlauge zu der Salzsäure, bis im Becherglas ein deutlicher Farbumschlag ersichtlich ist. Dann beendest du den Versuch und notierst die verbrauchte Menge an Natronlauge.
Fehleralarm
Eine häufige Verwechslung ist die Gleichsetzung von Säurestärke und Konzentration. Eine starke Säure kann eine niedrige Konzentration haben und umgekehrt.
Säure-Base-Titration – Was passiert während der Titration einer starken Säure?
Um zu verstehen, was während der Titration von Salzsäure mit Natronlauge passiert, solltest du wissen, dass Salzsäure eine starke Säure und Natronlauge eine starke Base ist. Weil es sich sowohl um eine starke Säure als auch um eine starke Base handelt, liegen beide Stoffe in Lösung vollständig dissoziiert vor. Sobald du Natronlauge in dein Becherglas mit Salzsäure tropfen lässt, findet eine Neutralisationsreaktion statt. Aus dieser Reaktion entsteht das neutrale Salz Natriumchlorid $\left( \ce{NaCl} \right)$.
Die Reaktionsgleichung lässt sich wie folgt aufstellen:
$\ce{HCl + NaOH -> NaCl + H2O}$
Je mehr Natronlauge du in dein Becherglas tropfst, desto mehr wird dissoziiert und desto mehr Salzsäure wird neutralisiert. Mit jedem Tropfen Natronlauge steigt der pH-Wert ein bisschen an. Zu Beginn deines Versuches steigt der pH-Wert nur langsam an. An einem bestimmten Umschlagspunkt kann dann jedoch ein weiterer Tropfen Natronlauge dafür sorgen, dass deine Lösung im Becherglas von einer sauren zu einer basischen Lösung wird.
Veranschaulichen kannst du dir das daran, dass zu Beginn des Versuchs nur Salzsäure und Wasser in deinem Becherglas vorhanden sind. Nach Beginn des Versuchs und vor dem Umschlagspunkt liegen in der Lösung Natriumchlorid, Wasser und Salzsäure vor. Nach der vollständigen Neutralisation und dem Hinzugeben weiterer Natronlauge liegt in deinem Becherglas Natronlauge, Natriumchlorid und Wasser vor.
Der Farbumschlag findet am Äquivalenzpunkt statt. Dieser liegt bei der Säure-Base-Titration von starken Säuren und starken Basen genau am Neutralisationspunkt – also bei einem pH-Wert von sieben. Somit ist der Neutralisationspunkt durch den Farbumschlag des Phenolphthalein-Indikators ersichtlich.
Verdeutlicht werden kann die pH-Wert-Änderung bei Zugabe von Natronlauge in einem Volumen-pH-Wert-Diagramm. Doch was zeigt die Titrationskurve in so einem Diagramm eigentlich an?

In diesem Diagramm ist die Titrationskurve aufgezeichnet. Der pH-Wert der Probelösung im Becherglas (der Salzsäure) ist über der Menge bzw. dem Volumen der aus der Bürette hinzugefügten Maßlösung (der Natronlauge) aufgetragen. Die Titrationskurve zeigt an, welcher pH-Wert in der Probelösung bei Zugabe von wie viel Volumen der Maßlösung vorliegt. Dies ist in der Abbildung gezeigt. Die deutliche Zunahme des pH-Werts am Umschlagspunkt der Titrationskurve macht es vergleichsweise einfach, den Äquivalenzpunkt einer bestimmten Menge $\ce{NaOH}$ zuzuordnen und daraus die Menge $\ce{HCl}$ in der Probelösung abzuleiten. Das wollen wir im Folgenden einmal beispielhaft durchrechnen.
Titration einer starken Säure mit einer starken Base – Berechnung unbekannter Konzentration
Bisher hast du gelernt, wie eine Säure-Base-Titration aufgebaut ist und wie eine Titration von einer starken Säure mit einer starken Base funktioniert. Doch wie lässt sich nun in diesem Fall die unbekannte Konzentration der Salzsäure im Becherglas berechnen?
Dazu musst du wissen, dass am Äquivalenzpunkt aufgrund der Neutralisation die Stoffmenge der Hydroxidionen $\left( \ce{OH-} \right)$ gleich der Stoffmenge der Hydroniumionen (Oxoniumionen) $\left( \ce{H3O+} \right)$ ist. Das bedeutet, dass am Äquivalenzpunkt die Stoffmenge der Base genauso groß ist wie die Stoffmenge der Säure. Dargestellt als Gleichung gilt somit:
$n \left(\ce{OH-} \right) = n \left(\ce{H3O+} \right)$
Die Stoffmenge $n$ kann durch Multiplikation des Volumens $V$ der jeweiligen Lösung mit der Konzentration $c$ des jeweiligen Stoffes bestimmt werden:
$n = V \cdot c$
Im folgenden Rechenbeispiel berechnen wir nun endlich die Konzentration der Salzsäure in der Probelösung.
Rechenbeispiel: Berechnung der Konzentration von Salzsäure
Für das Rechenbeispiel müssen zunächst Annahmen getroffen werden, die sich aus der Durchführung der Titration ergeben. So sei angenommen, dass du bis zum Äquivalenzpunkt $10\,\text{m}\ell$, also $0{,}01$ Liter der Natronlauge $\left( V(\ce{NaOH}) = 0{,}01\,\ell \right)$, verbraucht hast. Es soll sich um eine $0{,}1$-molare Natronlauge handeln $\left( c(\ce{NaOH}) = 0{,}1\,\frac{\text{mol}}{\ell} \right)$. In deinem Becherglas lagen vor der Titration $5\,\text{m}\ell$, also $0{,}005$ Liter der Salzsäure $\left( v(\ce{HCl}) = 0{,}005\,\ell \right)$, vor.
- Als Erstes berechnest du die Stoffmenge der Hydroxidionen über die verbrauchte Stoffmenge an Natronlauge:
$n(\ce{NaOH}) = V(\ce{NaOH}) \cdot c(\ce{NaOH}) = 0{,}01\,\ell \cdot 0{,}1\,\frac{\text{mol}}{\ell} = 0{,}001\,\text{mol} \\ n(\ce{NaOH}) = n \left( \ce{OH-} \right) = 0{,}001\,\text{mol}$
- Als Zweites bestimmst du die Stoffmenge der Salzsäure. Es gilt dabei:
$n \left( \ce{OH-} \right) = n \left( \ce{H3O+} \right)$ und daraus folgt:
$n(\ce{NaOH}) = n(\ce{HCl})$
Da obige Gleichung gilt, ist die Stoffmenge der Salzsäure ($\ce{HCl}$) genauso groß wie die der Natronlauge ($\ce{NaOH}$):
⇒ $n(\ce{HCl}) = 0{,}001\,\text{mol}$
- Als Drittes stellst du nun die Gleichung $n(\ce{HCl}) = V(\ce{HCl}) \cdot c(\ce{HCl})$ nach der Konzentration $c(\ce{HCl})$ der Salzsäure um:
$n(\ce{HCl}) = V(\ce{HCl}) \cdot c(\ce{HCl}) \quad \big\vert ~ : V(\ce{HCl}) \\ \dfrac{n(\ce{HCl})}{V(\ce{HCl})} = c(\ce{HCl})$
- Als Viertes berechnest du die Konzentration der Salzsäure durch Einsetzen der Werte in die umgestellte Formel:
$c(\ce{HCl}) = \dfrac{0{,}001\,\text{mol}}{0{,}005\,\ell} = 0{,}2\,\frac{\text{mol}}{\ell}$
Die Salzsäure-Konzentration der Lösung beträgt also $c(\ce{HCl}) = 0{,}2\,\frac{\text{mol}}{\ell}$.
Ausblick – das lernst du nach Titration – starke Säure mit starker Base
Vertiefe dein Wissen über Säuren und Basen nach Brönstedt. Dies wird dir helfen, den Einstieg in die Thematik zu finden. Möchtest du tiefer in die Materie einsteigen, bieten sich Neutralisation und pH-Indikatoren an.
Titration einer starken Säure mit einer starken Base – Zusammenfassung
- Die Titration wird zur quantitativen Bestimmung einer Lösung unbekannter Konzentration genutzt.
- Es gibt verschiedene Arten der Titration und deren Verwendung. Am wichtigsten ist die Säure-Base-Titration.
- Bei der Säure-Base-Titration einer starken Säure mit einer starken Base wird zu der Säure der Probelösung tröpfchenweise die Base der Maßlösung zugegeben, bis der Umschlagspunkt erreicht wird. Es findet eine Neutralisationsreaktion statt. Am Umschlagspunkt wird in diesem Fall ein neutraler pH-Wert von sieben erreicht.
- Der Äquivalenzpunkt der Lösung kann über den Umschlagspunkt mithilfe eines Indikators oder durch Messung mit einem pH-Meter bestimmt werden.
- Bei einer starken Säure und einer starken Base gilt am Äquivalenzpunkt: $n \left( \ce{OH-} \right) = n \left( \ce{H3O+} \right)$
- Über das verbrauchte Volumen der Maßlösung und dessen Konzentration kann die Konzentration der Probelösung berechnet werden.
Häufig gestellte Fragen zum Thema Titration einer starken Säure mit einer starken Base
Eine Titration (auch Titrimetrie, Volumetrie oder Maßanalyse genannt) ist ein Verfahren der quantitativen Analyse, durch das die Konzentrationen, Stoffmengen oder Mengenverhältnisse in einer Probelösung bestimmt werden können. Dabei findet eine chemische Reaktion mit einer Maßlösung statt, die in die Probelösung titriert wird. Durch bekannte Reaktionsmechanismen (beispielsweise von Säure-Base-Reaktionen bei der Säure-Base-Titration) und die Gesetze der Stöchiometrie kann zum Beispiel die Konzentration einer unbekannten Probelösung mithilfe einer Maßlösung bekannter Konzentration bestimmt werden.
Wie funktioniert Titration?
Es gibt verschiedene Arten der Titration. Das wichtigste Verfahren ist die Säure-Base-Titration. Hierbei wird zu einer sauren Probelösung eine basische Maßlösung durch Titration hinzugefügt – oder umgekehrt. Es wird solange titriert, bis ein Umschlagspunkt erreicht wird, der beispielsweise durch einen Indikator sichtbar gemacht werden kann. Am sogenannten Äquivalenzpunkt liegen Säure und Base in einem bestimmten Stoffmengenverhältnis vor, das stöchiometrisch berechnet werden kann. Daraus kann beispielsweise die gesuchte Konzentration einer unbekannten Probelösung berechnet werden. Bei der Titration einer starken Säure mit einer starken Base nimmt die Lösung am Umschlagspunkt bzw. Äquivalenzpunkt einen neutralen pH-Wert von sieben an. Es gilt: $n \left( \ce{OH-} \right) = n \left( \ce{H3O+} \right)$
Was braucht man für eine Titration?
Für eine Säure-Base-Titration benötigt man neben der zu untersuchenden Probelösung eine Maßlösung, deren Konzentration (der Base bzw. Säure, wenn eine Säure bzw. Base titriert werden soll) bekannt sein muss. Für die Titration ist dann ein Becherglas für die Probelösung und eine Bürette für die Maßlösung notwendig. Um den Umschlagspunkt bzw. Äquivalenzpunkt bestimmen zu können, sollte außerdem ein Indikator benutzt bzw. der Probelösung zugesetzt werden oder ein pH-Meter zur Messung des pH-Werts der Lösung genutzt werden.
Wie führt man eine Titration durch?
Der Probelösung wird üblicherweise ein Indikator zugesetzt. Dann wird die Maßlösung tröpfchenweise durch Titration (über eine Bürette) hinzufügt. Das langsame und kleinschrittige Hinzufügen der Maßlösung ist notwendig, um den Farbumschlag des Indikators am Umschlagspunkt feststellen und einer bestimmten Stoffmenge zuordnen zu können. Aus dieser Stoffmenge kann dann (bei bekannter Konzentration der Maßlösung) die Konzentration der Probelösung berechnet werden.
Warum liegt der Äquivalenzpunkt bei der Titration der Essigsäure im alkalischen Bereich?
Essigsäure ist eine schwache Säure, das heißt sie dissoziiert nicht vollständig in wässriger Lösung. Wird Essigsäure mit einer starken Base titriert (die vollständig dissoziiert), dann werden am Äquivalenzpunkt der beiden Stoffe nicht ausreichend $\ce{H3O+}$-Ionen in Lösung vorhanden sein, um die $\ce{OH-}$-Ionen der vollständig dissoziierten Base ausgleichen zu können. Es liegt also ein Überschuss an $\ce{OH-}$-Ionen und damit ein pH-Wert im alkalischen Bereich vor.
Was bedeutet halbe Titration?
Der Begriff halbe Titration bezieht sich auf die sogenannte Halbtitration, mit der die Säurestärke bzw. der $\text{pK}_\text{S}$-Wert, also der Säurestärkeexponent einer schwachen Säure über den sogenannten Halbäquivalenzpunkt bestimmt werden kann. Dabei wird zu der schwachen Säure eine Menge einer geeigneten Base hinzugefügt, die genau der Hälfte der Stoffmenge der Säure entspricht. Dann wird der $\text{pH}$-Wert der Lösung an diesem sogenannten Halbtitrationspunkt bestimmt. Es gilt: $\text{pH} = \text{pK}_\text{S}$. Am Halbtitrationspunkt bzw. Halbäquivalenzpunkt wurde die Hälfte der schwachen Säure neutralisiert, d. h. die Säure und ihre korrespondierende Base liegen in gleicher Konzentration vor. Die Halbtitration ist besonders in Zusammenhang mit Pufferlösungen von großer Bedeutung.
Wieso ist es wichtig, nur ein paar Tropfen des Indikators bei einer Titration zu verwenden?
Indikatoren, die in Form einer wässrigen Lösung zur Probenlösung hinzugefügt werden, verfälschen das Ergebnis der Titration. Da Indikator-Lösungen auch Pufferlösungen sind, ist ihr Einfluss auf den pH-Wert der Probelösung zwar nur gering, trotzdem sollte so wenig Indikatorlösung wie möglich verwendet werden, um eine unnötige Verfälschung des pH-Werts der Probelösung zu vermeiden.