EL-MO Elemente und Moleküle, Schulbuch

120 120 Starke Säure – starke Base 5.7 Titrationskurven Lässt man eine Säure portionsweise mit einer Base reagieren und zeichnet den Verlauf des pH-Wertes bei dieser Reaktion auf, so erhält man eine so genannte Titrationskurve. Dabei wird die Menge an zugegebener Base auf der x-Achse aufgetragen und der pH-Wert der Mischung auf der y-Achse. Der Verlauf dieser Kurve ist typisch für die verwendete Säure und Base. Titrationskurve starke Säure – starke Base Lässt man eine starke Säure (zB Salzsäure) mit einer starken Base reagieren, so ergibt sich eine Titrationskurve wie in Abbildung 120–1. Im folgenden Beispiel wird 1 L Salzsäure zur Berechnung verwendet, um diese einfacher zu gestalten. In der Praxis verwendet man geringere Volumina. Hier wird zu 1 Liter Salzsäure ( c =0,1 mol/L) Natronlauge mit c = 1 mol/L zugetropft. Es erfolgt eine Reaktion nach der Reaktionsgleichung HCl + NaOH → H 2 O + Na + + Cl – Betrachten wir nun einige Punkte auf der Titrationskurve: Punkt j An diesem Punkt wurde noch keine Natronlauge zugegeben. Der pH-Wert wird nur von Salzsäure ( c = 0,1 mol/L) bestimmt. Für die starke Säure Salzsäure wendet man zur Berechnung des pH-Wertes die Formel pH = –lg( c 0 ) an. pH = –lg(0,1) = 1,00 Punkt k Es wurden 50 mL Natronlauge zugetropft. Im Gefäß waren ursprünglich 0,1 mol HCl vorhanden. Durch die Zugabe von n = c • V = 1 • 0,05 = 0,05 mol NaOH hat die Hälfte der HCl reagiert und es sind noch 0,05 mol HCl übrig. Da das Volumen immer noch ungefähr 1 Liter beträgt, ist die Konzentration von HCl ca. 0,05 mol/L. Der pH-Wert berechnet sich wie oben: pH = –lg(0,05) = 1,30 Punkt l Es wurden 100 mL Natronlauge (enthalten 0,1 mol NaOH) zugetropft. Die gesamte HCl wurde verbraucht und es bildet sich H 2 O und NaCl. Da Na + und Cl – den pH- Wert von reinem Wasser nicht beeinflussen, beträgt der pH-Wert der Lösung 7. Diesen Punkt nennt man auch Äquivalenzpunkt . Punkt m Es wurden 105 mL Natronlauge (enthalten 0,105 mol NaOH) zugetropft. 0,1 mol davon wurden von der HCl verbraucht, aber 0,005 mol bleiben übrig. Da das Volumen immer noch ungefähr 1 Liter beträgt, ist die Konzentration von NaOH ca. 0,005 mol/L. Der pH-Wert berechnet sich nach der Formel für starke Basen: pH = 14 + lg( c 0 ) = 14 + lg(0,005) = 11,70 Wie man sieht, steigt der pH-Wert rund um den Äquivalenzpunkt auch bei gerin- ger Zugabe von NaOH stark an. Daher kann man mit einem Indikator, der je nach pH-Wert die Farbe ändert, gut den Äquivalenzpunkt einer Titration erkennen. Für die Titration einer starken Säure mit einer starken Base sind viele Indikatoren geeignet, da der pH-Sprung am Äquivalenzpunkt sehr groß ist (Abb. 120–2). Auf gleiche Weise kann auch die Konzentration einer starken Base durch Titra- tion mit einer starken Säure ermittelt werden. Der Verlauf der Titrationskurve ist gespiegelt. Abb. 120–1: Titrationskurve: starke Säure – starke Base Abb. 120–2: Indikatoren bei Titration einer star- ken Säure mit einer starken Base 7 13 5 11 3 9 1 1 starke Base starke Säure 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 0 Zugesetzte mL Säure Zugesetzte mL Base pH-Wert Phenolphthalein Bromthymolblau Methylorange Schüler-Experiment 5.7 Aufnahme einer Titrationskurve 7 13 5 11 3 9 1 1 0,1-M-NaOH 0,1-M-HCl 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 0 Zugesetzte mL NaOH (c = 1 mol/L) pH-Wert 2 3 1 4 VS PLUS Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv