41Ermittlung und Interpretation von Titrationskurven Protolysegleichgewichte –Konzentrationsbestimmungen VLs(NaOH) in mL 1. 2. c (H3O+) in mol/L pH-Wert 0 1 2 . . . 9 9,9 9,99 10 10,01 10,1 11 . . . 20 1 1 1 . . . 2 3 4 7 10 11 12 . . . 13 ,05 ,1 1 0,9 0,8 0,1 0,01 0,001 1 10 1 0,1 0,01 · · · . . . · · · · · · · . . . · 10–1 10–1 10–1 10–1 10–1 10–1 10–7 10–11 10–11 10–11 10–11 B3 Titrationskurve von Salzsäure mit Natronlauge zu V1. A: Begründen Sie, ob Thymolphthalein als Indikator verwendet werden kann. B4 Berechnung von Punkten auf der Titrationskurve (B3) B5 Berechnete Wertepaare VLs(NaOH)/ pH-Wert für V1. A: Überprüfen Sie durch Rechnung nach dem Muster aus B4 (wie beim 2. Punkt) den hier eingetragenen pH-Wert bei VLs(NaOH) = 9,9 mL. Die grafische Darstellung der Ergebnisse einer pH-metrischen Titration (V1) liefert eine Titrationskurve (B3). Der Kurvenverlauf aus B3 ist typisch für die Titration einer starken Säure mit einer starken Base. Die Kurve verläuft streng monoton steigend1. Die Steigung ist aber in den einzelnen Kurvenabschnitten sehr unterschiedlich und zeichnet sich im Bereich des Übergangs aus dem sauren in den alkalischen Bereich durch einen „pH-Sprung“ aus. Dieser Verlauf wird verständlich, wenn man einige Punkte der Kurve be rechnet (B4). Alle übrigen Punkte aus der Tabelle in B5 werden analog berechnet. Bei den Punkten mit VLs(NaOH) > 10 mL muss die Konzentration der OxoniumIonen aus der Konzentration der überschüssigen Hydroxid-Ionen mithilfe des Ionenprodukts des Wassers Kw berechnet werden. An der Stelle, an der die Steigung am größten ist, ändert sich die Krümmung der Kurve. Dieser Wendepunkt auf der Kurve entspricht dem Äquivalenzpunkt ÄP der Titration (B3). Beim Äquivalenzpunkt liegt weder die Säure aus der titrierten Probe noch die Lauge aus der Maßlösung, mit der titriert wurde, im Überschuss vor. Der Abszissenwert des ÄP gibt genau das Volumen der Maßlösung an, das in die rechnerische Auswertung der Titration (vgl. S. 20, 21) einbezogen werden muss. Fachbegriffe Titrationskurve, pH-Sprung, Äquivalenzpunkt 1. Punkt: VLs(NaOH) = 0 mL: Der pH-Wert wird von der Salzsäure, c = 0,1 mol/L, bestimmt, d.h.: pH = –lg 10–1 = 1. 2. Punkt: VLs(NaOH) = 1 mL: Die Konzentration der Oxonium-Ionen ist kleiner geworden, weil die in 1 mL Natronlauge, c = 1 mol/L, enthaltenen Hydroxid-Ionen mit ebenso vielen Oxonium-Ionen zu Wasser-Molekülen reagiert haben: n(OH–) = 0,001 L · 1 mol/L = 0,001 mol hinzugegebene Hydroxid-Ionen n(H3O+) = 0,1 L · 0,1 mol/L – 0,001 mol noch vorhandene anfangs vorhandene bereits neutralisierte Oxonium-Ionen Oxonium-Ionen Oxonium-Ionen = 0,01 mol – 0,001 mol = 0,009 mol = 9 · 10–3 mol. Diese 9 · 10–3 mol Oxonium-Ionen sind in den 100 mL Lösung enthalten (die Volumenzunahme durch die Zugabe von Natronlauge wird vernachlässigt), die Konzentration der Oxonium-Ionen ist: c(H3O+) = 9 · 10–2 mol/L = 0,9 · 10–1 mol/L, somit hat die Lösung nach Zugabe von 1 mL Natronlauge, c = 1mol/L, den pH-Wert: pH = – lg (0,9 · 10–1) = – lg 0,9 – lg 10–1 = 1,05. pH-Wert 14 12 10 8 6 4 2 0 2 4 6 8 10 12 14 7 Phenolphthalein Bromthymolblau Methylorange ÄP VLs(NaOH) in mL 1 Eine mathematische Funktion ist streng monoton steigend, wenn die Steigung des Graphen immer größer null ist. 3377_01_01_2012_Kap1_018_057 23.09.14 06:25 Seite 41 N r z u Pr üf zw ec ke n Ei ge tu m d es C .C . B uc hn er V er la gs