16.7:

16.7: Titrationsberechnungen: Schwache Säure - Starke Base

Titration Calculations: Weak Acid – Strong Base

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Titration Calculations: Weak Acid – Strong Base

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16.6: Titration Calculations: Strong Acid – Strong Base

16.8: Indicators

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03:55 min

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September 24, 2020

Overview

Berechnung des pH-Werts für Titrationslösungen: schwache Säure/starke Base

Für die Titration von 25,00 mL von 0,100 M CH₃CO₂H mit 0,100 M NaOH kann die Reaktion wie folgt dargestellt werden:

Der pH-Wert der Titrationslösung nach Zugabe der verschiedenen Volumina des NaOH-Titriermittels kann wie folgt berechnet werden:

a) Der anfängliche pH-Wert wird für die Essigsäurelösung nach dem üblichen ICE-Ansatz berechnet:

b) Die Säure und das Titriermittel sind beide monoprotisch, und die Proben- und Titriermittellösungen sind gleichmäßig konzentriert, so dass dieses Titriermittelvolumen den Äquivalenzpunkt darstellt. Anders als bei dem Beispiel mit der starken Säure enthält das Reaktionsgemisch in diesem Fall eine schwache konjugierte Base (Acetat-Ion). Der pH-Wert der Lösung wird unter Berücksichtigung der basischen Ionisation von Acetat berechnet, die in einer Konzentration von

Die

basische Ionisation von Acetat wird durch die Gleichung dargestellt

Unter der Annahme von x << 0,0500 kann der pH-Wert über den üblichen ICE-Ansatz berechnet werden:

Es ist zu beachten, dass der pH-Wert am Äquivalenzpunkt dieser Titration deutlich größer als 7 ist, wie bei der Titration einer schwachen Säure mit einer starken Base zu erwarten ist.

(c) Titriermittelvolumen = 12,50 ml. Dieses Volumen stellt die Hälfte der stöchiometrischen Menge an Titriermittel dar, und daher wurde die Hälfte der Essigsäure neutralisiert, um eine äquivalente Menge an Acetation zu erhalten. Die Konzentrationen dieser konjugierten Säure-Base-Partner sind daher gleich. Ein bequemer Ansatz zur Berechnung des pH-Werts ist die Verwendung der Henderson-Hasselbalch-Gleichung:

(pH = pKa am halben Äquivalenzpunkt bei der Titration einer schwachen Säure)

(d) Titriermittelvolumen = 37,50 ml. Dieses Volumen stellt einen stöchiometrischen Überschuss an Titriermittel und eine Reaktionslösung dar, die sowohl das Titrationsprodukt, das Acetation, als auch das überschüssige starke Titriermittel enthält. In solchen Lösungen wird der pH-Wert der Lösung hauptsächlich durch die Menge der überschüssigen starken Base bestimmt:

Dieser Text wurde angepasst von Openstax, Chemie 2e, Abschnitt 14.7: Säure-Base-Titrationen.

Transcript

Der pH-Wert in verschiedenen Stadien einer schwachen Säure- oder Basentitration wird mit unterschiedlichen Methoden zu verschiedenen Zeitpunkten der Titration berechnet.

Wenn eine schwache Säure oder Base die Hauptdeterminante des pH-Werts ist, werden die K_a oder K_b und eine ICE-Tabelle oder die Henderson-Hasselbalch-Gleichung verwendet. Ist nach der Neutralisationsreaktion eine starke Säure oder Base vorhanden, wird die Konzentration der verbleibenden Hydronium- oder Hydroxidionen zur Berechnung des pH-Werts herangezogen.

Der anfängliche pH-Wert von 50 mL einer 0,10 M Essigsäurelösung beträgt 2,87 und wird anhand der K_a und einer ICE-Tabelle berechnet, da Essigsäure den Hauptbeitrag leistet.

Wird diese Lösung, die 0,0050 Mol Acetat enthält, mit 0,10 M Natriumhydroxid titriert, reagieren die Hydroxidionen mit Essigsäure zu Acetat, wodurch ein Puffer entsteht.

Daher werden, wenn 10 ml des Natriumhydroxids, das 0,0010 Mol Hydroxidionen enthält, hinzugefügt werden, 0,0010 Mol Acetat gebildet und 0,0040 Mol Essigsäure verbleiben. Der pH-Wert des Puffers kann berechnet werden, indem diese Werte in die Henderson-Hasselbalch-Gleichung eingesetzt werden, und ist gleich 4,14.

Wenn 25 ml Natriumhydroxid zugegeben werden, wird die Hälfte der anfänglichen Mol Essigsäure in Acetat umgewandelt. Zu diesem Zeitpunkt ist der pH-Wert gleich dem pK_a, da die Menge an Essigsäure und Acetation gleich ist.

Durch die weitere Zugabe von Natronlauge bis zu 50 mL werden alle Essigsäuremoleküle in Acetat umgewandelt und der Äquivalenzpunkt ist erreicht. Da Acetat-Ionen basisch sind, liegt der Äquivalenzpunkt im basischen Bereich.

Die Konzentration des Acetations wird berechnet, indem die Anzahl der Mol durch das Gesamtvolumen der Lösung dividiert wird.

Der pH-Wert wird mit dem KB_für Acetat-Ionen und einer ICE-Tabelle bestimmt, da das Acetat-Ion den Hauptbeitrag zum pH-Wert am Äquivalenzpunkt leistet.

Der K_b für Acetat wird nach der Formel K_w = K_a × K_b berechnet und entspricht 5,6 × 10⁻¹⁰.

Setzt man Gleichgewichtskonzentrationen in den Ausdruck für K_b ein, erhält man die Hydroxidkonzentration von 5,3 × 10⁻⁶ M. Der pOH und der pH-Wert der Lösung betragen 5,28 bzw. 8,72.

Eine weitere Zugabe von Natriumhydroxid in der Lösung führt zu einer Mischung aus Acetationen und Natriumhydroxid. Die Endkonzentration von Natriumhydroxid bestimmt jedoch den pH-Wert der Lösung, da es eine stärkere Base als Acetat ist.

Wenn also 70 ml Natriumhydroxid in die Lösung gegeben werden, kann die Endkonzentration der Hydroxidionen berechnet werden, indem die Gesamtmol der Essigsäure, 0,0050 Mol, von der Gesamtmol der hinzugefügten Hydroxidionen, 0,0070 Mol, subtrahiert und durch das Gesamtvolumen der Lösung, 120 ml oder 0,12 l, dividiert wird.

Da die Hydroxidionenkonzentration 0,017 M beträgt, werden der pOH und der pH-Wert der Lösung mit 1,78 bzw. 12,22 berechnet.

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Titrationsberechnungen Schwache Säure Starke Base PH-Berechnung Ka Kb ICE-Tabelle Henderson-Hasselbalch-Gleichung Neutralisationsreaktion Hydroniumionen Hydroxidionen Essigsäurelösung Natriumhydroxid Puffer Mol Acetat Mol Essigsäure Puffer PH PKa Äquivalenzpunkt