Seminar zum Quantitativen Anorganischen Praktikum WS 2012/13 · Quantitativen Anorganischen...

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Universität zu Köln Seminar zum Quantitativen Anorganischen Praktikum WS 2012/13 Teil des Moduls MN-C-AlC Dipl.-Chem. Corinna Hegemann Dipl.-Chem. Eva Rüttgers

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Seminar zumQuantitativen Anorganischen Praktikum

WS 2012/13

Teil des Moduls MN-C-AlC

Dipl.-Chem. Corinna HegemannDipl.-Chem. Eva Rüttgers

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InhaltFreitag, 11.01.2013, 8-10 Uhr, HS II

• Allgemeine Einführung in die Quantitative Analyse• Zusatzausrüstung / Glasgeräte• Gravimetrie: A5 / A6

Montag, 14.01.2013, 8-10 Uhr, HS III• Volumetrie: A10 • A2 (pH-Meter)

Freitag, 18.01.2013, 8-10 Uhr, HS II• Physikalische Methoden: A4 / A7

Montag, 21.01.2013, 8-10 Uhr, HS III• Volumetrie: A12 / A13

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Volumetrie (Titrimetrie) Bürette

Maßlösung

(Färbung: Indikator)

zu bestimmende LösungpH-Verlauf einer Säure-Base-Titration

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VolumetrieWichtige allgemeine Hinweise

Büretten

• Nur trockene Bürette verwenden (ggf. mit verwendeter Maßlösung vorspülen).

• Auf richtige Justierung des Versuchsaufbaus achten (Position, feste Montage, …).

• Schliff des Büretten-Hahns ausreichend fetten; nicht jedoch den Durchlass!

• Langsame und genaue Befüllung der Bürette mit Hilfe eins Trichters, unbedingt Blasenbildung vermeiden!

Allgemein

• Gut: Verwendung von Erlenmeyer-Kolben (außer beim pH-Meter).

• Weißes Blatt Papier unterlegen (bessere Sichtbarkeit eines Farbumschlags).

• Säure-Base-Titration: Nur wenig Indikator verwenden (mögliche Pufferwirkung!).

• Langsames Titrieren unter stetem Umschwenken.

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VolumetrieSystematischer Gang einer volumetrischen Bestimmung

[0. Versuchsaufbau]

1. Ansetzen und ggf. Einstellen der Maßlösung

2. Vorbereitung und Entnahme der Probe

3. Durchführung der Titration

4. Nach erstem Versuchsdurchlauf: Übertitrieren

5. Bestimmung des Volumenverbrauchs

6. Berechnung des Ergebnisses

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Volumetrie1. Ansetzen und Einstellen der Maßlösung

Bsp. 0,1 N NaOH-Maßlösung (Aufgabe 1)

• Abwiegen der NaOH-Plätzchen

• Keine Urtitersubstanz indirektes Verfahren

• Lösen in VE-Wasser

Bestimmung des Titers („Einstellen“ der Lösung)

• Titration von ausstehender 0,1 N H2SO4-Maßlösung

• Verwendung von Methylrot als Säure-Base-Indikator (Farbumschlag: rot/gelb)

• Berechnung des Titers t

)NaOH(c)NaOH(c

=)NaOH(tsoll

ist

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Volumetrie2. Vorbereitung und Entnahme der Probe

• Sorgfältiges Auffüllen der Analyse im 100 mL Messkolben

• Entnahme von 25 mL der Probe mit geeichter Vollpipette

• Drei Versuchsdurchführungen möglich

• Achtung: Eine vierte Versuchsdurchführung derselben Analyse kann nicht unter Verwendung einer 25 mL Vollpipette erfolgen!

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VolumetrieDurchführung der Titration

• Gut: Verwendung eines Erlenmeyerkolbens (sicheres Umschwenken)

• Alternativ: Benutzung eines Magnetrührers

• Langsame Zugabe der Maßlösung (tropfenweise im Bereich des Umschlagpunktes)

• Exaktes Ablesen (Schellbachstreifen)

• Notieren des Volumenverbrauchs

• Mehrmalige Versuchsdurchführung

3.

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Volumetrie4. „Übertitrieren“ der ersten Probe

Bsp. Säure-Base-Titration:

Endpunkt durch Farbumschlag erkennbar

Umschlagsbereiche der Indikatoren berücksichtigen!

„Übertitrieren“ nach 1. Versuchsdurchführung:

Vergleichbarkeit der Ergebnisse

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Volumetrie5. Bestimmung des Volumenverbrauchs

• Sollte ein Tropfen der Maßlösung am Büretten-Hahn

verbleiben, ist dieser mit zu berücksichtigen

• Waagerechtes Ablesen des Schellbachstreifens

Schellbachstreifen6. Berechnung des Ergebnisses

• Am Äquivalenzpunkt liegen äquivalente Stoffmengen vor

• Normalität bzw. Molarität der Lösungen berücksichtigen

• Titer berücksichtigen: t = cist/csoll

t•V•c=)gesucht(n Verbrauchsoll

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pH-Wert und SäurestärkeDefinition des pH-Wertes

Negativer dekadischer Logarithmus der H3O+-Konzentration )OH(clg=pH +3

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pH-Wert und SäurestärkeBeispiele für die pH-Werte einiger Stoffe

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pH-Wert und SäurestärkeDefinition des pH-Wertes

Negativer dekadischer Logarithmus der H3O+-Konzentration )OH(clg=pH +3

Ionenprodukt des Wassers KW

Das Ionenprodukt des Wassers ist eine Gleichgewichtskonstante

experimenteller Wert bei 24°C: KW = 10-14 mol2/L2

W+

3 K=)OH(c•)OH(c

14=pOH+pH

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pH-Wert und SäurestärkeDefinition des pH-Wertes

Negativer dekadischer Logarithmus der H3O+-Konzentration )OH(clg=pH +3

Säurestärke

MWG: Säure-Dissoziationskonstante KS

Ionenprodukt des Wassers KW

Das Ionenprodukt des Wassers ist eine Gleichgewichtskonstante

experimenteller Wert bei 24°C: KW = 10-14 mol2/L2

W+

3 K=)OH(c•)OH(c

14=pOH+pH

)HA(c)A(c•)OH(c

=K+

3S

pKs-Wert

Negativer dekadischer Logarithmus von KSSS Klg=pK

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pKS-WerteKonjugierte Säure-Base Paare

HCl

CH3COOH

H3PO4

H2PO4-

HPO42-

pKS + pKB = 14!

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Säure-Base-TitrationenTitrationskurven starker und schwacher Säuren

Starke Säure: pKS < 4,5

Schwache Säure: pKS > 4,5

)OH(clg=pH +3

2clgpK

=pH SäureS

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Säure-Base-TitrationenTitrationskurven von Essigsäure bzw. Salzsäure mit Natronlauge

Neutralpunkt &

Äquivalenzpunkt HCl

Äquivalenzpunkt CH3COOH

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Säure-Base-Indikatoren

HInd + H2O H3O+ + Ind- konjugiertes Säure-Base-Paar!

Säure-Base-Indikatoren

• organische Farbstoffe, deren Lösungen bei Änderung des pH-Wertes ihre Farbe wechseln

• Farbänderung erfolgt jeweils in einem charakteristischen pH-Bereich (Umschlagsbereich)

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Säure-Base-Indikatoren

Bsp.: pH-Wert abhängige Farbigkeit von Methylrot

N

N

CH3

CH3

N

O O-N

CH3

CH3

NN

COOH-

+- H+

pH 4,4 – 6,2

gelbrot

Säure-Base-Indikatoren

• organische Farbstoffe, deren Lösungen bei Änderung des pH-Wertes ihre Farbe wechseln

• Farbänderung erfolgt jeweils in einem charakteristischen pH-Bereich (Umschlagsbereich)

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Säure-Base-Indikatoren

Indikator Umschlagsbereich pH

Farbe der Indikatorsäure

Farbe der Indikatorbase

Thymolblau 1,2 – 2,8 rot gelb

Methylorange 3,1 – 4,4 rot gelb-orange

Methylrot 4,4 – 6,2 rot gelb

Lackmus 5,0 – 8,0 rot blau

Phenolphtalein 8,0 – 9,8 farblos rot-violett

Universalindikator (-Papier)

)Ind(c)HInd(c

lg)HInd(pK=pH SHenderson-Hasselbalch

Gleichung

Umschlagspunkt: c(HInd) = c(Ind-) Mischfarbe

Umschlagsbereich: ΔpH ≈ 2 ober/unterhalb: Grenzfarben

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Säure-Base-Indikatoren

UmschlagsbereichPhenolphtalein

UmschlagsbereichMethylrot

Titration einer starken Säure mit NaOH; c = 0,1 N steiler pH-Sprung

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Mehrprotonige SäurenTitration einer mehrprotonigen Säure

Bsp.: Titration von Phosphorsäure

3 Protolysestufen

H3PO4 + H2O H2PO4- + H3O+ pKS = +2,16

H2PO4- + H2O HPO4

2- + H3O+ pKS = +7,21

HPO42- + H2O PO4

3- + H3O+ pKS = +12,32

• Drei getrennte pH-Sprünge

• Nur der 1. und 2. Sprung sind in der Titrationskurve erkennbar

• Direkte Titration aufgrund der geringen Säurestärke nicht durchführbar

Beobachtbarkeit getrennter pH-Sprünge mehrprotoniger Säuren: ΔpKS ≥ 4

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pH-Meter / Säure-Base-TitrationVersuchsaufbau einer Titration mit pH-Elektrode

Bürette mit derNaOH-Maßlösung

pH-Elektrode

Prinzip:Messung einer pH-Wert abhängigen Potentialdifferenz

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pH-ElektrodeSchematischer Aufbau und Funktionsprinzip

Einstabmesskette

Membran Lösung

• Messung einer Potentialdifferenz (Bezugselektroden)

• Kalibrierung mit Referenzlösung erforderlich

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Praktikum: Aufgabe 2Bestimmung von Phosphorsäure, Endpunktbestimmung mit Hilfe eines pH-Meters

Versuchsdurchführung:

• Gesamte Analysensubstanz wird in ein 250 mL Becherglas gespült (Kolben gut nachspülen!)

• Zugabe eines Rührfisches und verdünnen auf ca. 150 mL

• Aufbau der Versuchsanordnung

• Vor Eintauchen der Elektrode, diese vorher vorsichtig mit dest. Wasser abspülenTitration:

• Zugabe der Maßlösung und Ablesen des pH-Wertes auf dem pH-Meter

• Wenn Differenz der abgelesenen pH-Werte größer wird: Menge der zugegebenen

NaOH kleiner (0,2 mL)

• Wenn Differenz der abgelesenen pH-Werte größer wird: Menge der zugegebenen

NaOH wieder größer (0,5 mL)

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Praktikum: Aufgabe 2Auswertung

a) Zeichnen der Titrationskurve

x-Achse: Verbrauch NaOH-Lösung (1 cm für 1 mL)

y-Achse: pH-Wert (1 cm für 1 pH-Einheit)

• Die zu den Wendepunkten gehöhrenden mL-Zahlen werden graphisch ermittelt und daraus

H3PO4-Gehalt berechnet

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Praktikum: Aufgabe 10Argentometrische Bestimmung von Chlorid nach Mohr

Vor dem Versuch

• Ansetzen einer 0,1 N AgNO3-Maßlösung (Aufgabe 8 (I))

Aufbewahrung in brauner Flasche

• Ansetzen einer 5%igen K2CrO4-Indikatorlösung (5g K2CrO4 werden in 95 ml H2O gelöst

Versuchsdurchführung

• Entnahme von 25 mL der auf 100 mL aufgefüllten Probe

• Titration der Analyse mit Maßlösung

Jeweils 2mL der Indikatorlösung pro Versuchsdurchlauf

• Dreimalige Versuchsdurchführung

Übertitrieren nach 1. Versuchsdurchführung wichtig!

Trübung der gelben Analysenlösung durch gefälltes AgCl; nach Endpunkt rot-braun!

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Praktikum: Aufgabe 8 (I)Ansetzen der 0,1 N Silbernitrat-Maßlösung

• Urtitersubstanz

0,1 N (AgNO3) = 0,1 M (AgNO3)

c (AgNO3) = 0,1 mol/L

M (AgNO3) = 169,873 g/mol

Für eine 0,1 normale AgNO3-Lösung müssen 16,987 g AgNO3 in 1 L H2O gelöst werden

Achtung: Das ausstehende Silbernitrat ist 99%ig!

Der geringere Gehalt muss bei der Auswaage berücksichtigt werden.

Bestimmung des Titers t: )Auswaage(m)Auswaage(m

=tsoll

ist

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Praktikum: Aufgabe 10Fällungstitration

Ag+ + Cl- AgCl KL = 2 · 10-10 mol2/L2

2 Ag+ + CrO42- Ag2CrO4 KL = 4 · 10-12 mol3/L3

Fällung von AgCl bzw. Ag2CrO4 abhängig von Ionenkonzentrationen in der Lösung

)CrO(c•)Ag(c)Cl(c•)Ag(c

=)CrO(c

)Cl(c2

4+2

+

24

L/mol)CrO(c•10•1=)Cl(c 24

4

Bei einer Indikatorkonzentration von c(CrO42-) = 5 · 10-3 mol/L beginnt die Fällung von Ag2CrO4

bei c(Cl-) = 7,2 · 10-6 mol/L und demnach bei c(Ag+) = 2,8 · 10-5 mol/L (gemäß KL(AgCl)).

Äquivalenzpunkt: c(Ag+) ≈ 1,4 · 10-5 mol/L Fällung Ag2CrO4 erst kurz nach ÄP von AgCl!

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Praktikum: Aufgabe 10Auswertung

a) Verbrauchsmittelwert berechnen

Stark abweichende Werte möglicherweise fehlerhaft

b) Angabe der gesamten Masse von Cl- in der Probe

t•V•c=)gesucht(n Verbrauchsoll

• Berechnung der Stoffmenge über Volumenverbrauch

• Umrechnung der Stoffmenge in (Gesamt)-Masse

4•M•n=mUmrechnungsfaktor gesamte Analyse!

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InhaltFreitag, 11.01.2013, 8-10 Uhr, HS II

• Allgemeine Einführung in die Quantitative Analyse• Zusatzausrüstung / Glasgeräte• Gravimetrie: A5 / A6

Montag, 14.01.2013, 8-10 Uhr, HS III• Volumetrie: A10 • A2 (pH-Meter)

Freitag, 18.01.2013, 8-10 Uhr, HS II• Physikalische Methoden: A4 / A7

Montag, 21.01.2013, 8-10 Uhr, HS III• Volumetrie: A12 / A13