Titration - Chemie

Diesen aiMOOC als Battle spielen: Deutsch, Klasse 11-13, G-Niveau

Einleitung

Bei einer Titration bestimmst Du die unbekannte Stoffmengenkonzentration einer Lösung. Dazu lässt Du eine Maßlösung mit bekannter Konzentration kontrolliert mit einer Probelösung reagieren. Aus dem verbrauchten Volumen und der Reaktionsgleichung berechnest Du die gesuchte Konzentration.

Im Mittelpunkt dieses aiMOOCs steht die Säure-Base-Titration. Du lernst den Versuchsaufbau, die Durchführung, die Auswertung und typische Fehlerquellen kennen.

Video laden

YouTube

YouTube sammelt möglicherweise persönliche Daten. Datenschutzrichtlinie

Fortfahren Ausblenden

Lernziele

Nach der Bearbeitung kannst Du:

1. Titration erklären: Maßlösung, Probelösung, Endpunkt und Äquivalenzpunkt unterscheiden.
2. Geräte nutzen: Bürette, Vollpipette und Erlenmeyerkolben richtig zuordnen.
3. Reaktion deuten: Säure-Base-Reaktionen mit Teilchen- und Reaktionsgleichungen beschreiben.
4. Konzentration berechnen: Messwerte stöchiometrisch auswerten.
5. Messfehler beurteilen: typische Fehler erkennen und Verbesserungen vorschlagen.

Grundlagen

Was ist eine Titration?

Die Titration ist ein Verfahren der quantitativen chemischen Analyse. Eine Lösung bekannter Konzentration wird so lange zu einer Probe gegeben, bis die Stoffe im passenden stöchiometrischen Verhältnis umgesetzt sind. Das benötigte Volumen wird an einer Bürette abgelesen.

Die Lösung in der Bürette heißt Maßlösung oder Titrant. Die zu untersuchende Lösung heißt Probelösung oder Analyt.

Wichtige Begriffe

Begriff	Bedeutung
Maßlösung	Lösung mit genau bekannter Konzentration
Probelösung	Lösung mit unbekannter Konzentration
Äquivalenzpunkt	Stoffmengen stehen im Verhältnis der Reaktionsgleichung
Endpunkt	Beobachtetes Signal, zum Beispiel ein dauerhafter Farbumschlag
Titrationskurve	Darstellung des pH-Werts in Abhängigkeit vom zugegebenen Volumen

Der Endpunkt soll möglichst nahe am Äquivalenzpunkt liegen. Beide Begriffe sind nicht vollständig gleichbedeutend.

Säure-Base-Titration

Bei einer Säure-Base-Titration reagieren Säure und Base miteinander. Für Salzsäure und Natronlauge gilt:

$\mathrm{H}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{(}\mathrm{a}\mathrm{q}\mathrm{)}}\mathrm{+}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}{\mathrm{H}}_{\mathrm{(}\mathrm{a}\mathrm{q}\mathrm{)}}\mathrm{\to }\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{(}\mathrm{a}\mathrm{q}\mathrm{)}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{(}\mathrm{l}\mathrm{)}}$

Auf Teilchenebene ist die entscheidende Neutralisation:

${\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{(}\mathrm{a}\mathrm{q}\mathrm{)}}^{\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{O}{\mathrm{H}}_{\mathrm{(}\mathrm{a}\mathrm{q}\mathrm{)}}^{\mathrm{-}}\mathrm{\to }\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{(}\mathrm{l}\mathrm{)}}$

Bei einer starken Säure und einer starken Base liegt der Äquivalenzpunkt unter üblichen Schulbedingungen näherungsweise bei pH 7. Bei schwachen Säuren oder Basen kann er deutlich davon abweichen.

Video laden

YouTube

YouTube sammelt möglicherweise persönliche Daten. Datenschutzrichtlinie

Fortfahren Ausblenden

Versuchsaufbau und Durchführung

Geräte und Chemikalien

Für eine typische Säure-Base-Titration brauchst Du eine Bürette, ein Stativ, eine Vollpipette mit Pipettierhilfe, einen Erlenmeyerkolben, die Maßlösung, die Probelösung und einen geeigneten Indikator. Alternativ kann ein pH-Messgerät eingesetzt werden.

Sicher arbeiten

1. Schutzbrille: Trage Schutzbrille und Laborkittel.
2. Pipettierhilfe: Pipettiere niemals mit dem Mund.
3. Gefahrstoff: Beachte die Hinweise zu Säuren, Laugen und Indikatoren.
4. Unfallverhütung: Melde Spritzer sofort und spüle betroffene Stellen nach Anweisung der Lehrkraft mit viel Wasser.
5. Laborordnung: Führe den Versuch nur unter fachkundiger Aufsicht durch.

Durchführung in sechs Schritten

1. Spüle die Bürette mit etwas Maßlösung und fülle sie anschließend blasenfrei.
2. Lies den Anfangsstand der Bürette auf Augenhöhe am Meniskus ab.
3. Pipettiere ein genaues Volumen der Probelösung in den Erlenmeyerkolben.
4. Gib wenige Tropfen eines geeigneten Indikators hinzu.
5. Lasse die Maßlösung unter ständigem Schwenken langsam zur Probe laufen.
6. Stoppe beim dauerhaften Farbumschlag und lies den Endstand ab.

Das verbrauchte Volumen ist:

$V_{\mathrm{v}\mathrm{e}\mathrm{r}\mathrm{b}\mathrm{r}\mathrm{a}\mathrm{u}\mathrm{c}\mathrm{h}\mathrm{t}}=V_{\mathrm{E}\mathrm{n}\mathrm{d}\mathrm{e}}-V_{\mathrm{A}\mathrm{n}\mathrm{f}\mathrm{a}\mathrm{n}\mathrm{g}}$

Wichtig: Bei vielen Büretten nimmt die Skala von oben nach unten zu. Lies immer auf Augenhöhe ab, damit kein Parallaxenfehler entsteht.

Video laden

YouTube

YouTube sammelt möglicherweise persönliche Daten. Datenschutzrichtlinie

Fortfahren Ausblenden

Endpunkterkennung

Indikatoren

Ein Säure-Base-Indikator ändert in einem bestimmten pH-Bereich seine Farbe. Der Umschlagsbereich muss in den steilen Abschnitt der Titrationskurve passen. Phenolphthalein und Methylorange sind typische Beispiele, aber nicht für jede Titration gleich gut geeignet.

Ein Farbumschlag zeigt den experimentellen Endpunkt. Er sollte mit möglichst geringem Indikatorfehler nahe am Äquivalenzpunkt liegen.

Titrationskurve

Bei einer pH-metrischen Titration misst Du nach jeder Zugabe den pH-Wert. Trägst Du den pH-Wert gegen das Volumen der Maßlösung auf, erhältst Du eine Titrationskurve. Der Äquivalenzpunkt liegt im Bereich des stärksten pH-Sprungs.

Die abgebildete Kurve zeigt die Titration einer schwachen Säure mit einer starken Base. Deshalb liegt der Äquivalenzpunkt oberhalb von pH 7.

Berechnung

Grundgleichung

Für eine Reaktion

$a\mathrm{A}+b\mathrm{B}\to \text{Produkte}$

gilt am Äquivalenzpunkt:

$\frac{n(\mathrm{A})}{a}=\frac{n(\mathrm{B})}{b}$

Mit $n=c\cdot V$ folgt:

$\frac{c(\mathrm{A})\cdot V(\mathrm{A})}{a}=\frac{c(\mathrm{B})\cdot V(\mathrm{B})}{b}$

Achte darauf, alle Volumina in derselben Einheit einzusetzen.

Beispielrechnung

Gegeben sind $\mathrm{25,0}\mathrm{m}\mathrm{L}$ Salzsäure unbekannter Konzentration. Bis zum Endpunkt werden $\mathrm{20,0}\mathrm{m}\mathrm{L}$ Natronlauge mit $c(\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H})=\mathrm{0,100}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{L}}^{\mathrm{-}\mathrm{1}}$ verbraucht.

Da Salzsäure und Natronlauge im Verhältnis $1:1$ reagieren:

$c(\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l})=\frac{c(\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H})\cdot V(\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H})}{V(\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l})}$

$c(\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l})=\frac{\mathrm{0,100}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{L}}^{\mathrm{-}\mathrm{1}}\cdot \mathrm{20,0}\mathrm{m}\mathrm{L}}{\mathrm{25,0}\mathrm{m}\mathrm{L}}=\mathrm{0,0800}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{L}}^{\mathrm{-}\mathrm{1}}$

Die Salzsäure hat somit die Konzentration $\mathrm{0,0800}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{L}}^{\mathrm{-}\mathrm{1}}$.

Typische Fehlerquellen

1. Meniskus: falsches Ablesen durch schrägen Blick.
2. Luftblase: Luft in der Bürettenspitze verfälscht das abgegebene Volumen.
3. Endpunkt: zu schnelles Titrieren führt zum Überschreiten des Endpunkts.
4. Spülen: Wasserreste können Maß- oder Probelösung verdünnen.
5. Indikator: ein ungeeigneter Umschlagsbereich verschiebt das Ergebnis.
6. Stöchiometrie: ein falsches Stoffmengenverhältnis erzeugt einen Rechenfehler.

Weitere Titrationsarten

Neben der Säure-Base-Titration gibt es Redox-Titrationen, komplexometrische Titrationen und Fällungstitrationen. Sie nutzen andere Reaktionstypen, folgen aber demselben Grundprinzip: Eine bekannte Maßlösung reagiert stöchiometrisch mit einer unbekannten Probe.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Welche Lösung besitzt bei einer Titration eine genau bekannte Konzentration? (Maßlösung) (!Probelösung) (!Indikatorlösung) (!Spüllösung)

Welches Gerät dosiert die Maßlösung besonders genau? (Bürette) (!Becherglas) (!Reagenzglas) (!Uhrglas)

Was beschreibt der Äquivalenzpunkt? (Das stöchiometrisch passende Stoffmengenverhältnis) (!Den Beginn des Versuchs) (!Das vollständige Verdampfen der Lösung) (!Die höchste Temperatur des Raumes)

Welche Reaktion ist für die Neutralisation entscheidend? (Oxoniumionen reagieren mit Hydroxidionen zu Wasser) (!Natriumionen reagieren mit Chloridionen zu Wasser) (!Sauerstoff reagiert mit Stickstoff zu Salz) (!Wasser zerfällt vollständig in Wasserstoff und Sauerstoff)

Warum wird kurz vor dem Endpunkt nur noch tropfenweise titriert? (Damit der Endpunkt nicht überschritten wird) (!Damit die Bürette schneller leer wird) (!Damit die Lösung verdampft) (!Damit mehr Indikator entsteht)

Wie wird das verbrauchte Volumen bestimmt? (Endstand minus Anfangsstand) (!Anfangsstand minus Endstand) (!Konzentration mal Temperatur) (!pH-Wert plus Stoffmenge)

Welche Beziehung gilt für die Stoffmenge? (n gleich c mal V) (!n gleich c geteilt durch V) (!n gleich V minus c) (!n gleich pH mal Temperatur)

Was zeigt ein Säure-Base-Indikator an? (Einen pH-abhängigen Farbumschlag) (!Die Masse des Kolbens) (!Die Raumtemperatur) (!Die Dichte des Stativs)

Welche Ursache kann das Ergebnis zu groß erscheinen lassen? (Der Endpunkt wird überschritten) (!Das Volumen wird korrekt abgelesen) (!Die Reaktionsgleichung stimmt) (!Die Pipette wird richtig verwendet)

Wo liegt der Äquivalenzpunkt in einer Titrationskurve? (Im Bereich des stärksten pH-Sprungs) (!Immer bei pH null) (!Am Anfang der Volumenachse) (!Immer bei der höchsten Temperatur)

Memory

Bürette	Maßlösung dosieren
Erlenmeyerkolben	Probelösung aufnehmen
Indikator	Farbumschlag anzeigen
Äquivalenzpunkt	stöchiometrischer Reaktionspunkt
Meniskus	Flüssigkeitsstand ablesen
Titrationskurve	pH gegen Volumen darstellen

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Titration
Maßlösung	Lösung mit bekannter Konzentration
Probelösung	Lösung mit unbekannter Konzentration
Bürette	genaue Zugabe des Titriermittels
Endpunkt	beobachtetes Signal
Äquivalenzpunkt	stöchiometrischer Reaktionspunkt

...

Kreuzworträtsel

Bürette	Welches Gerät gibt die Maßlösung tropfenweise ab?
Meniskus	Wie heißt die gekrümmte Flüssigkeitsoberfläche beim Ablesen?
Indikator	Welcher Stoff zeigt einen pH-abhängigen Farbumschlag?
Neutralisation	Wie heißt die Reaktion von Säure und Base?
Äquivalenzpunkt	Wie heißt der stöchiometrische Reaktionspunkt?
Erlenmeyer	Welcher Kolben wird beim Titrieren häufig geschwenkt?

Lückentext

Vervollständige den Text.

Bei einer Titration wird die unbekannte einer Probelösung bestimmt. Die Lösung mit genau bekanntem Gehalt heißt . Sie wird meist aus einer zugegeben. Das genaue Probenvolumen wird häufig mit einer abgemessen. Ein Farbstoff zur Endpunkterkennung heißt . Der stöchiometrische Reaktionspunkt wird genannt. Für die Stoffmenge gilt die Beziehung . Kurz vor dem Endpunkt wird nur noch titriert. Ein schräger Blick auf die Skala verursacht einen .

Offene Aufgaben

Leicht

1. Laborgeräte-Plakat: Zeichne Bürette, Pipette und Erlenmeyerkolben und beschrifte ihre Funktion.
2. Begriffsnetz: Verbinde Maßlösung, Probelösung, Endpunkt und Äquivalenzpunkt in einem Schaubild.
3. Sicherheitskarte: Gestalte eine Karte mit fünf Regeln für sicheres Titrieren.
4. Fehlersuche: Beschreibe drei Fehler in einer selbst gezeichneten falschen Titrationsanordnung.

Standard

1. Versuchsprotokoll: Erstelle ein vollständiges Protokoll zu einer Säure-Base-Titration.
2. Erklärvideo: Produziere ein zweiminütiges Video zur richtigen Bedienung einer Bürette.
3. Titrationskurve: Zeichne aus vorgegebenen pH-Messwerten eine Kurve und markiere den Äquivalenzpunkt.
4. Indikatorvergleich: Vergleiche zwei Indikatoren und begründe, welcher besser zu einer gegebenen Kurve passt.

Schwer

1. Messunsicherheit: Untersuche, wie ein Ablesefehler von 0,1 mL das berechnete Ergebnis verändert.
2. Mehrprotonige Säure: Entwickle eine Beispielrechnung für eine Säure, die zwei Protonen abgeben kann.
3. Alltagsanalyse: Plane eine Untersuchung des Säuregehalts eines geeigneten Alltagsprodukts unter schulischer Aufsicht.
4. Methodenvergleich: Vergleiche die Endpunkterkennung mit Indikator und pH-Elektrode hinsichtlich Genauigkeit und Aufwand.

Lernkontrolle

1. Versuchsplanung: Plane eine Titration zur Bestimmung einer unbekannten Natronlauge mit Salzsäure bekannter Konzentration. Begründe die Wahl der Geräte.
2. Fehleranalyse: Eine Gruppe titriert deutlich über den Farbumschlag hinaus. Erkläre die Auswirkung auf die berechnete Konzentration.
3. Kurveninterpretation: Vergleiche die Kurven einer starken und einer schwachen Säure bei Titration mit einer starken Base.
4. Indikatorwahl: Entscheide anhand eines vorgegebenen pH-Sprungs, welcher Indikator geeignet ist, und begründe.
5. Transferrechnung: Berechne eine unbekannte Konzentration bei einem Stoffmengenverhältnis von zwei zu eins.
6. Qualitätsbewertung: Beurteile, ob drei stark voneinander abweichende Titrationsergebnisse gemittelt werden sollten oder eine Wiederholung nötig ist.

Lernnachweis

Für einen Lernnachweis zu diesem Thema solltest Du zeigen, dass Du:

1. den Aufbau einer Titration fachsprachlich erklären kannst,
2. Maßlösung, Probelösung, Endpunkt und Äquivalenzpunkt sicher unterscheidest,
3. eine Säure-Base-Reaktion als Stoff- und Teilchengleichung formulierst,
4. Messwerte korrekt abliest und dokumentierst,
5. mit $n=c\cdot V$ und der Stöchiometrie rechnen kannst,
6. einen Indikator passend zur Titrationskurve auswählst,
7. Fehlerquellen erkennst und ihre Wirkung auf das Ergebnis begründest,
8. die wichtigsten Sicherheitsregeln im Labor einhältst.

Verknüpfte Lernbereiche

Titration - Chemie Analytische Chemie Säure-Base-Reaktion Neutralisation Stoffmengenkonzentration Stöchiometrie pH-Wert Indikator (Chemie) Laborgerät