2. Seminar: Acidimetrische Bestimmung von Phosphorsaure
2. Seminar: Acidimetrische Bestimmung von
Phosphorsaure
LA-AGP 2018
Katharina Kohler
2. Seminar: Acidimetrische Bestimmung von Phosphorsaure
Gliederung
EinleitungTitrimetrie
TheorieAutoprotolyse der WasserspH-WertPuffergleichung
1. Quantitative AnalyseDurchfuhrung
Sonstiges
Literatur
2. Seminar: Acidimetrische Bestimmung von Phosphorsaure
Einleitung
Gliederung
EinleitungTitrimetrie
TheorieAutoprotolyse der WasserspH-WertPuffergleichung
1. Quantitative AnalyseDurchfuhrung
Sonstiges
Literatur
2. Seminar: Acidimetrische Bestimmung von Phosphorsaure
Einleitung
Einleitung
Ziel:§ Beantwortung der Frage wie viel eines gesuchten Stoffes ineiner Probe enthalten ist.
2. Seminar: Acidimetrische Bestimmung von Phosphorsaure
Einleitung
Methoden:1. Klassisch:
Masse- oder Volumenbestimmung nach chemischerUmsetzung.Berechnung der gesuchten Menge mit stochiometrischenUmrechnungsfaktoren.(ë leiten sich aus molaren Massen M der an der Reaktionbeteiligten Stoffe ab)Prinzipien:
§ Gravimetrie bzw. Gewichtsanalyse§ Titrimetrie bzw. Maßanalyse (Wiegen ohne Waage)
2. Instrumentell:
Messung konzentrationsabhangiger physikalischerEigenschaften.Berechnung der Konzentration c, Masse m oder Stoffmenge naus den Messwerten.(Ñ spezielle Gerate erforderlich)
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Einleitung
Titrimetrie
Titrimetrie
Prinzip:§ Messung des verbrauchten Volumens einer Reagenzlosung mitbekannter Konzentration (= Maßlosung).
§ Der Probelosung wird nur so viel Maßlosung zugesetzt, wiefur die Umsetzung des zu bestimmenden Stoffs geradeerforderlich ist (Aquivalenzpunkt).
§ Aus dem bis zum Aquivalenzpunkt verbrauchten Volumen derMaßlosung und Kenntnis der Reaktionsgleichung lassen sich mund n berechnen.
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Einleitung
Titrimetrie
Vorraussetzungen:§ Die Reaktion muss schnell, vollstandig und eindeutig ablaufen.
§ Herstellung einer Maßlosung muss moglich sein (Stabilitat).
§ Aquivalenzpunkt » Endpunkt der TitrationEndpunkt der Titration nicht immer so einfach zu erkennen ñVerwendung von Indikatoren! (s. Vorlage 6)
Indikator
(Meist organischer) Hilfsstoff, den man einer zu titrierendenLosung zusetzt und der durch eine sichtbare Veranderung(Farbumschlag, Trubung) den Endpunkt der Titration anzeigt.Indikatoren sind selbst schwache Sauren oder Basen.
H2O ` HIndloomoon
gelb
ÝÝáâÝÝ H3O` ` Ind´
loomoon
blau
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Einleitung
Titrimetrie
Klassifizierung
Die Titrationen lassen sich anhand verschieden Aspekteklassifizieren:
1. Reaktionstyp§ Saure-Base-Titration (Alkalimetrie, Acidimetrie)§ Fallungstitration§ Komplexbildungstitration§ Redoxtitration
2. Endpunkterkennung§ chemischer Indikator§ physikalischer Indikator
3. Titrationsart§ Direkte Titration§ Inverse Titration§ Indirekte Titration§ Rucktitration
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Theorie
Gliederung
EinleitungTitrimetrie
TheorieAutoprotolyse der WasserspH-WertPuffergleichung
1. Quantitative AnalyseDurchfuhrung
Sonstiges
Literatur
2. Seminar: Acidimetrische Bestimmung von Phosphorsaure
Theorie
Autoprotolyse der Wassers
Autoprotolyse der Wassers
§ Aufgrund der Eigendissoziation (Autoprotolyse) ist Wasserleitfahig:
H2OKÝáâÝÝÝ H` ` OH´ (1)
§ Massenwirkungsgesetz:
K “cpH`q ¨ cpOH´q
cpH2Oq(2)
Ampholyte
Molekule, die je nach Reaktionspartner als Saure (Protonenabgeben) oder Base (Protonen aufnehmen) reagieren.
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Theorie
Autoprotolyse der Wassers
§ Da die Ionenkonzentration in reinem Wasser sehr klein ist gilt:
cpH2Oqgesamt “cpH2Oq ` cpH`q ¨ cpOH´qlooooooooomooooooooon
sehr klein
ë cpH2Oqgesamt « cpH2Oq “ konstant
cpH2Oq “ρpH2Oq
MpH2Oq“
1000 g{L
18 g{mol“ 55.56mol{L
§ Ionenprodukt des Wassers Kw:
K ¨ cpH2Oq “ Kw “ cpH`q ¨ cpOH´q “ 10´14mol2
L2(3)
§ fur reines Wasser gilt (Spezialfall):
cpH`q “ cpOH´q “a
Kw´ 10 ´7 mol{L
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Theorie
pH-Wert
pH-Wertnur fur wassrige Systeme
§ Verschiebung des Gleichgewichts (1) durch Zugabe von Saureoder Base.
§ Gleichung (3) gilt weiterhin.
§ Angabe der Konzentrationen in cpH`q und cpOH´qunpraktisch.
cpH`q ¨ cpOH´q “ 10 ´14 mol2{L2
´ log10ÝÝÝÝÑ pH ` pOH “ 14
§ fur reines Wasser gilt (Spezialfall):
pH “ pOH “ 7
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Theorie
pH-Wert
§ Losen von Saure HA in Wasser (korrespondierende Base A– ):
HA ` H2O ÝÝáâÝÝ A´ ` H3O`
§ Gleichgewichtskonstante:
K “cpA´q ¨ cpH3O
`q
cpHAq ¨ cpH2Oq(4)
K ¨ cpH2Oq “ KS “cpA´q ¨ cpH3O
`q
cpHAq(5)
´ log10 pKSq “ pKS (6)
§ Je kleiner pKS desto starker die Saure/Base.§ pKSppKBq ď ´1.74 : sehr starke Saure/Base§ ´1.74 ď pKSppKBq ď 4.5 : starke Saure/Base§ 4.5 ď pKSppKBq ď 9.5 : schwache Saure/Base§ 9.5 ď pKSppKBq ď 15.74 : sehr schwache Saure /Base
§ pKSppKBq ě 15.74 : extrem schwache Saure/Base
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Theorie
pH-Wert
Allgemein gilt:
cpH3O`q « cpA´q und cpHAq “ cpHAq0 ´ cpH3O
`q
mit cpHAq0 “ cpHAq ` cpA´q Gesamtkonzentration dergelosten Saure.
KS “c2pH3O
`q
cpHAq0 ´ cpH3O`q(7)
umstellenÝÝÝÝÝÝÑc2pH3O
`q ` KS ¨ cpH3O`q ´ KS ¨ cpHAq0 “ 0 (8)
losenÝÝÝÑcpH3O
`q1,2 “´KS ˘
b
K 2S ` 4KS ¨ cpHAq0
2(9)
negative Konzentrationen nicht sinnvoll.
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Theorie
pH-Wert
starke Saure:
§ Gleichgewicht liegt rechts = Saure ist vollstandig dissoziiert.
cpH3O`q «cpA´q und cpH3O
`q « cpHAq0´ log10ÝÝÝÝÑ pH “ ´ log10 pcpHAq0q
schwache Saure:
§ Gleichgewicht liegt links = Saure ist teilweise dissoziiert.
cpH3O`q « cpA´q
einsetzenÝÝÝÝÝÑKS «
c2pH3O`q
cpHAq0umstellenÝÝÝÝÝÝÑcpH3O
`q “a
KS ¨ cpHAq0
´ log10ÝÝÝÝÑ pH “1
2rpKS ´ log10pcpHAq0qs
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Theorie
Puffergleichung
Henderson-Hasselbalch-Gleichung, Puffergleichung
§ Puffer halten den pH einer Lsg. konstant§ Wird einer schwachen Saure HA ein Salz derkorrespondierenden Base A´ zugegeben, gilt Gleichung (7)nicht mehr, da cpH3O
`q ‰ cpA´q.§ Sind cpH3O
`q und cpA´q in der gleichen Großenordnung, gilt:
cpHAq « cpHAq0
cpA´q « cpA´q0
einsetzen in Gl. (5)ÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÑ KS “
cpA´q0 ¨ cpH3O`q
cpHAq0
umstellenÝÝÝÝÝÑ cpH3O
`q “ KS ¨cpHAq0cpA´q0
´ log10ÝÝÝÝÑ pH “ pKS ´ log10
„
cpHAq0cpA´q0
Pufferbereich: ∆pH “ pKS ˘ 1.
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Theorie
Puffergleichung
Beispiel
VPufferlsg.,0 “ 0.5 L
npHAcq0 “ 1 mol
npAc´q0 “ 1 mol
pH “ pKS ´ log10
„
cpHAcq0cpAc´q0
looooooooomooooooooon
“0
“ 4.75
Zugabe von 100 mL HCl mit cpHClq “ 1 mol{L; npHClq “ 0.1mol
ñ Ac´ H`
ÝÝÑ HAc; npHAcq “ 1.1 mol; npAc´q “ 0.9 mol
pH “ pKS ´ log10
«
1.1 mol0.6 L
0.9 mol0.6 L
ff
“ 4.66
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1. Quantitative Analyse
Gliederung
EinleitungTitrimetrie
TheorieAutoprotolyse der WasserspH-WertPuffergleichung
1. Quantitative AnalyseDurchfuhrung
Sonstiges
Literatur
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1. Quantitative Analyse
Bestimmung von Phosphorsaure§ Protolyse mehrbasiger Saure erfolgtstufenweise:
H3PO4 ` OH´ KS1ÝÝáâÝÝ H2PO4
´ ` H2O pKS1 “ 2.12
H2PO4´ ` OH
´ KS2ÝÝáâÝÝ HPO42´ ` H2O pKS2 “ 7.21
HPO42´ ` OH
´ KS3ÝÝáâÝÝ PO43´ ` H2O pKS3 “ 12.32.
§ stufenweise Titration moglich, daKS1 " KS2p" KS3q.
§ Indikatoren so wahlen, dass derenUmschlagspunkte moglichst mit dempH-Wert der Lsg. zusammenfallen (s. Vorl.6).
§ fur Ampholyte gilt: pHAP “ 12
ppKS1 ` pKS2q
Bromkresolgrun
pH
2
6
12
10
8
4
1 2 3
Aquivalenzpunkt
Thymolphthalein
Titrationsgrad τ
Pufferbereich
2.16
Halbaquivalenzpunkt
7.21
4.52
9.91
12.32
pH = pKS
n(H3PO4) = n(NaOH)
n(H3PO4) = 2n(NaOH)
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1. Quantitative Analyse
Durchfuhrung
Vorbereitungsauberen, beschrifteten 100 mL Messkolben mit Stopfen am Vorabend desVersuchs beim Assistenten abgeben. Sonst keine Durchfuhrung moglich!
100mL 100mL 100mL
20mL
300mL100mL 300mL 100mL100mL
Platz Nr.
Name
II/6
Platz Nr.
Name
II/6
Platz Nr.
Name
II/6
H3PO4
H2O(dest.)
H3PO4(verd.)
H2O(dest.)
H3PO4(verd.)
n(H3PO4)0
n(H3PO4) =1
5n(H3PO4)0
➂ ➃
n(H3PO4) =1
5n(H3PO4)0
n(H3PO4) = n(H3PO4)0
➁➀
S
E
A
➀ Messkolben mit V(H3PO4)=unbekannt und n(H3PO4)0 wird vom Assistentenausgegeben;➁ Messkolben bis zur Marke mit H2O(dest.) auffullen, schutteln;➂ 20 mLH3PO4(verd.) mit einer Vollpipette (20 mL) in einen Erlenmeyerkolben uberfuhren;➃auf ca. 100 mL mit H2O(dest.) auffullen.
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1. Quantitative Analyse
Durchfuhrung
H3PO4(aq) + NaOH(aq) âÝÝÝÝpH–– 4.52ÝÝÝÝÝá H2PO4
–(aq) + Na+(aq) + H2O(l)
Indi
kato
r 1
Indi
kato
r 2
25mL
Indikator 1
Einschnurung
Meniskus
← Buretten-
Klammer
Bromkresolgrun
Laborbuch
Papier
Laborbuch
NaOH
c=0.1mol
L
Laborbuch
Trichter
Trichter
Endwert notieren
2
6
4
1
4.52
pH
τ
Aqu.-Punkt
NaOH→
Startwert notieren25 mL Burette →
←Stativstange
2.16
Halbaquivalenzpunkt
Pufferbereich
7.21
pH = pKS
weißes Papier unterlegen
➀ ➁ ➂
➀ Burette aufbauen;➁ Burette mit NaOH-Maßlosung fullen, Startwert aufschreiben, 2Tropfen Bromkresolgrun in den Erlenmeyerkolben geben;➂ bis zum Umschlagspunkt(Grun) titrieren unterdessen Probe schwenken, Endwert aufschreiben.
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1. Quantitative Analyse
Durchfuhrung
H3PO4(aq) + 2NaOH(aq) âÝÝÝÝpH–– 9.91ÝÝÝÝÝá HPO4
2–(aq) + 2Na+(aq) + 2H2O(l)
Indikator 2
20mL
100mL 300mL
100mL
Platz Nr.Name
II/6
Einschnurung
Meniskus
H3PO4(verd.)
H2O(dest.)
Laborbuch
Laborbuch
Trichter
n(H3PO4) =15n(H3PO4)0 Endwert notieren
NaOH→
Startwert notieren
n(H3PO4) =15n(H3PO4)0
9.91
2 3
12
10
8
1
pH
τ
Thymolphthalein
12.32
7.21
weißes Papier unterlegen
S
E
A➁ ➂➀
➀ weitere 20 mL Probe ab- und auffullen; ➁ Burette mit NaOH-Maßlosung fullen,Startwert aufschreiben, 2 Tropfen Thymolphthalein in den Erlenmeyerkolben geben;➂bis zum Umschlagspunkt (schwach Blau) titrieren unterdessen Probe schwenken,Endwert aufschreiben.
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1. Quantitative Analyse
Durchfuhrung
Auswertung
H3PO4(aq) + NaOH(aq) âÝÝÝÝpH–– 4.52ÝÝÝÝÝá H2PO4
–(aq) + Na+(aq) + H2O(l)
§ Gegeben:
cpNaOHq “0.1 mol{L
MpNaOHq “40.00 g{mol
MpH3PO4q “98.00 g{mol
§ Gemessen:"
V pNaOHq1 “ 6.0 mLV pNaOHq2 “ 5.9 mL
*
ñ V pNaOHqH “5.95 mL
§ Gesucht:
mpH3PO4qgesamt “? mg
2. Seminar: Acidimetrische Bestimmung von Phosphorsaure
1. Quantitative Analyse
Durchfuhrung
§ Am Umschlagspunkt gilt:
npH3PO4q “ npNaOHq
§ mit n “ c ¨ V kann die Stoffmenge der verbrauchtenNaOH-Maßlosung berechnet werden:
npNaOHq “ cpNaOHq ¨ VpNaOHqH
npNaOHq “ npH3PO4q
“ 0.1 mol{L ¨ 5.95 ¨ 10´3L “ 0.595 ¨ 10´3mol
“ 0.595mmol
§ mit m “ M ¨ n kann somit die gesuchte Masse mpH3PO4qbestimmt werden:
mpH3PO4q “ MpH3PO4q ¨ npH3PO4q
“ 98.00 g{mol ¨ 0.595 ¨ 10´3mol
“ 0.05831 g “ 58.31 mg.
§ ACHTUNG diese Masse muss noch ¨5 genommen werden, daja jeweils nur 1{5 der Probelosung titriert wurde!
mpH3PO4qgesamt “ 5 ¨ mpH3PO4q “ 291.55 mg .
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Sonstiges
Gliederung
EinleitungTitrimetrie
TheorieAutoprotolyse der WasserspH-WertPuffergleichung
1. Quantitative AnalyseDurchfuhrung
Sonstiges
Literatur
2. Seminar: Acidimetrische Bestimmung von Phosphorsaure
Sonstiges
§ Ausgabebereich mpH3PO4q: 250 – 500 mgë berechnet V pNaOHqmin und V pNaOHqmax.
§ vor dem Einsatz, Burette testen (Dichtigkeit, Durchlassigkeit).
§ Glasgerate (Messgenauigkeit: Becherglas ď Erlenmeyerkolben !Messzylinder ! Messpipette ă Messkolben ! Vollpipette ď Burette);Luftblasen vermeiden.
§ Hahne nur sehr sparsam fetten, um ein Zusetzen der Bohrungen zuvermeiden.
§ nur vier Versuche!§ bis zum Erreichen von V pNaOHqmin schnell zugeben, ab V pNaOHqmin
langsam zugeben.§ ggf. muss noch ein Titer t in die Auswertung einbezogen werden
(t ¨ V pNaOHqH).
TiterDer Titer t ist ein Korrekturfaktor, der die Abweichung der tatsachlichenKonzentration cpXqist von der gewunschten Konzentration cpXqsoll einerMaßlosung angibt:
t “cpXqistcpXqsoll
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Literatur
Gliederung
EinleitungTitrimetrie
TheorieAutoprotolyse der WasserspH-WertPuffergleichung
1. Quantitative AnalyseDurchfuhrung
Sonstiges
Literatur
2. Seminar: Acidimetrische Bestimmung von Phosphorsaure
Literatur
Literatur
§ PraktikumsskriptHomepage
§ Schweda, Eberhard, Gerhart Jander, Ewald Blasius.Jander/Blasius Anorganische Chemie. 16., vollig neu bearb.Aufl. Stuttgart: Hirzel, 2012.
§ Jander, Gerhart, Karl Friedrich Jahr. Massanalyse: TheorieUnd Praxis Der Klassischen Und ElektrochemischenTitrierverfahren. 8., durchges. und erg. Aufl. Berlin: deGruyter, 1959.
§ Kuster-Thiel, Rechentafeln fur die Chemische Analytik, Walterde Gruyter. Berlin New York, 1982
§ AC Lehrbucherz.B. Riedel, HoWi