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Volumetrie

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Die Autor*innen
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André Otto
Volumetrie
lernst du in der 11. Klasse - 12. Klasse - 13. Klasse

Volumetrie Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Volumetrie kannst du es wiederholen und üben.
  • Beschreibe das Prinzip der Volumetrie.

    Tipps

    Der Begriff „Volumetrie“ verrät dir, dass das Volumen von Lösungen eine wichtige Rolle spielt.

    Lösung

    Die Volumetrie ist ein Verfahren der analytischen Chemie. Es dient der quantitativen Bestimmung von Ionen. Von der Analysensubstanz B wird eine Lösung hergestellt, die dann in ein Becherglas gegeben wird. In einer Bürette befindet sich eine Lösung der Verbindung A mit bekannter Konzentration. Nun werden tropfenweise beide Lösungen zur Reaktion gebracht. Um den Fortschritt der Reaktion zu beobachten, wird Indikator in die Lösung gegeben. Dieses Verfahren nennt man auch Titration.

    Es wird also die Menge an Lösung A bestimmt, die verbraucht wird für die Lösung B. Damit kann dann anschließend die Ionenkonzentration in Lösung B bestimmt werden.

  • Nenne die technischen Anforderungen der Volumetrie.

    Tipps

    Bei der Volumetrie reagiert Lösung A mit Lösung B. Worin befinden sich die Lösungen?

    Lösung

    Soll die Konzentration bzw. die Stoffmenge einer Analysenlösung ermittelt werden, verwendet man oft die Methode der Volumentrie.

    Dabei wird die Analysenlösung in ein Becherglas gegeben. Es wird außerdem eine zweite Lösung benötigt, mit der die Analysenlösung zur Reaktion gebracht wird. Diese befindet sich in einer Bürette und wird Maßlösung genannt. Durch die Skala und den Hahn kann die Lösung langsam zur Analysenlösung getropft und das verbrauchte Volumen abgelesen werden.

    Beide Lösungen reagieren bis zum Äquivalenzpunkt miteinander. Um diesen Punkt sichtbar zu machen, wird bei einer Säure-Base-Reaktion ein Säure-Base-Indikator zugefügt.

  • Werte das folgende Diagramm aus.

    Tipps

    Der Äquivalenzpunkt ist der Wendepunkt der Kurve.

    An den Achsenbeschriften kannst du ablesen, was dargestellt ist.

    Lösung

    Der Ablauf einer Titration lässt sich gut in einem Volumen-Eigenschaften-Diagramm darstellen. In dem Beispiel hier handelt es sich um eine Säure-Base-Titration. Die Eigenschaft, die sich dabei leicht messen lässt, ist der pH-Wert.

    In diesem Fall wurde eine Säure als Analysenlösung gewählt. Der pH-Wert ist also zu Beginn der Reaktion sehr niedrig. Dann wird langsam eine Base zugetropft. Der pH-Wert steigt sprungartig an.

    Der Wendepunkt der Kurve charakterisiert den Äquivalenzpunkt. In unserem Beispiel liegt er bei einer verbrauchten Menge von 10 ml Maßlösung und einem pH-Wert von 7. Er liegt also im neutralen Bereich. Der pH-Wert des Äquivalenzpunktes kann aber auch im sauren oder basischen Bereich liegen, wenn das entstehende Salz sauer oder basisch reagiert.

  • Berechne die Konzentration der Analysenlösung.

    Tipps

    Schau dir zunächst die Titration an und ermittle das verbrauchte Volumen.

    Am Äquivalenzpunkt sind die Stoffmengen an Hydroxid-Ionen und Protonen gleich.

    Lösung

    Bei einer Volumetrie wird die Konzentration einer Lösung A bestimmt, indem sie mit einer Lösung B zur Reaktion gebracht wird. Dabei ist die Konzentration der Lösung B bekannt und das verbrauchte Volumen bis zum Äquivalenzpunkt lässt sich an der Bürette ablesen.

    In unserem Fall beträgt die Konzentration des Kalkwassers 0,1 $\frac{mol}{l}$. Die verbrauchte Menge beträgt 10 ml. Den Äquivalenzpunkt kann man durch Zugabe eines Indikators erkennen. In diesem Fall wechselt die Farbe von rot zu grün.

    Am Äquivalenzpunkt liegen nun genauso viele Hydroxid-Ionen der Base wie Protonen der Säure vor. Da wir in unserem Fall eine Base mit zwei Hydroxid-Ionen haben und eine Säure mit einem Proton, werden also doppelt so viele Moleküle der Säure zur Neutralisation der Base benötigt. Dieser Faktor muss in die Gleichung mit eingehen.

    $ 0,1 \frac{mol}{l} \cdot 0,01~ l \cdot 2 = x \frac{mol}{l} \cdot 0,02~l \cdot 1$

    Die Konzentration der Säure beträgt also $ 0,1 \frac{mol}{l}$

  • Bestimme geeignete Verbindungen, um den ÄP einer Säure-Base-Reaktion sichtbar zu machen.

    Tipps

    Den Äquivalenzpunkt macht ein Säure-Base-Indikator durch Farbwechsel deutlich.

    Farbspektrum eines Indikators von sauer nach basisch.

    Lösung

    Bei einer Säure-Base-Reaktion reagieren die Protonen der Säure mit den Hydroxid-Ionen der Base zu Wasser. Sind alle Ionen der Analysenlösung neutralisiert, also haben sie zu Wasser reagiert, reagiert die Maßlösung weiter mit dem Indikatormolekül in der Lösung. Diese Indikatormoleküle wechseln bei Protonierung bzw. Deprotonierung ihre Struktur und damit auch ihre Farbe. Auch in der Natur kommen solche Indikatorfarbstoffe vor. So sieht Rotkohl, je nach Zubereitung, rot oder blau aus.

  • Bestimme, welche Art der Titration verwendet werden muss.

    Tipps

    Überlege dir, zu welcher Stoffklasse die verwendeten Lösungen gehören und welche Reaktionsart demnach vorliegt.

    Lösung

    Die ablaufenden Reaktionen zwischen den Lösungen A und B können ganz unterschiedlich sein.

    • Eine Möglichkeit ist die Säure-Base-Titration. Hier reagiert eine Säure mit einer Base. Den Äquivalenzpunkt erkennt man an der Farbänderung eines zugegebenen Indikators, der je nach Protonierung die Farbe wechselt.
    • Bei der Wasserhärtebestimmung werden die Metall-Ionen im Wasser quantitativ bestimmt. Am Äquivalenzpunkt bildet sich ein Indikator-Komplex, der eine andere Farbe hat als der Metall-Ionen-Komplex.
    • Bei der Redoxtitration läuft eine Redoxreaktion ab. In diesem Beispiel werden Bromat-Ionen zum Bromid reduziert, weshalb sich durch Komproportionierung am Äquivalenzpunkt Brom bildet. Bei dieser Reaktion muss kein Indikator dazugegeben werden, weil das elementare Brom an sich schon eine Farbänderung verursacht.
    • Die Fällungsreaktion kann zur Analyse verwendet werden, wenn Ionen in der Lösung mit anderen Ionen ein schwer lösliches Salz bilden, so wie Silberbromid. Der Äquivalenzpunkt lässt sich dann erkennen, wenn als Indikator ein Salz dazugegeben wird, das mit den Silber-Ionen ein farbiges Salz bildet.

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