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Titrationskurven, Reaktionsgleichungen & Nachweisverfahren

Titrationskurven, Reaktionsgleichungen & Nachweisverfahren

 1.
Die Neutralisationstitration ist ein gängiges maßanalytisches Verfahren zur Bestimmung der Konzentra-
tion von sauren bzw. alkalischen L

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Chemie Klausur des Ausbildungsabschnitts 12/2 mit Angabe und Ausarbeitung, bewertet mit 12 Punkten

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1. Die Neutralisationstitration ist ein gängiges maßanalytisches Verfahren zur Bestimmung der Konzentra- tion von sauren bzw. alkalischen Lösungen. . 1.1 Zu 10 ml einer Salzsäure mit der Konzentration c(HCl) = 0,1 mol 1¹ und zu einer gleich konzentrierten Essigsäure (Ethansäure)-Lösung wird jeweils Natronlauge mit der Konzentration c(NaOH) = 0,1 mol 1-¹ zugetropft. Die pH-Werte der entstehenden Lösungen werden in Abhängigkeit vom Volumen der zuge- setzten Natronlauge bestimmt und die Ergebnisse in Titrationskurven grafisch dargestellt. Ordnen Sie den beiden Versuchen die jeweils passende Titrationskurve aus der Anlage 1 zu und begrün- den Sie Ihre Wahl. (6 BE) 1.2 In einer Wiederholung der Versuche aus 1.1 soll mit Hilfe von zugesetzten Indikatoren ermittelt werden, wann jeweils eine äquivalente Menge an Natronlauge zugefügt wurde. Wählen Sie aus den in der Anlage 2 angegebenen Indikatoren für jeden der beiden Versuche einen geeig- neten Indikator aus und begründen Sie Ihre Zuordnung. (3 BE) 1.3 Zu 10 ml Essigsäure-Lösung der Konzentration c(Essigsäure) = 0,1 mol 1¹ gibt man 5 ml Natronlauge gleicher Konzentration. Man erhält eine Lösung, die trotz Zugabe von Säuren und Basen ihren pH-Wert in engen Grenzen konstant hält. Erklären Sie diese Beobachtung unter Verwendung geeigneter Reaktionsgleichungen! (5 BE) Anlage 1 1.4 Für einen Enzymversuch soll der pH-Wert im Bereich von pH = 7 konstant gehalten werden. Beurteilen Sie die Eignung der Lösung...

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aus Aufgabe 1.3 für diesen Versuch und schlagen Sie gegebenen- falls ein anderes Gemisch vor! (4 BE) pH-Wert 14 13 12 11 10 9 8 5 4 3 2 1 0 Schulaufgabe im Ausbildungsabschnitt 12/2 am 8.2.2018 0 Qualifikationsphase 2016/2018 Kurs Chemie Titrationskurve (A) 5 10 15 V(NaOH) in mL Kresolrot Methylorange Bromthymolblau Phenolphtalein 20 pH-Wert 14 13 12 11 10 9 8 6 5 4 3 2 1 0 0- Titrationskurve (B) 5 10 15 V(NaOH) in mL Anlage 2 Umschlagsbereiche einiger ausgewählter Indikatoren: pH 0,2-1,8 3,0-4,4 6,0-7,5 8,4-10 20 pH-Wert 14 13 12 11 10 9 8 5 4 3 2 1 0 0 Titrationskurve (C) 5 10 15 V(NaOH) in mL 20 Bitte wenden! 2. 2.1 2.2 Schwimmbad-Leitungen, die chlorhaltiges Wasser führen, werden in der Regel aus Kunststoff und nicht aus Metall gefertigt. Die Reaktivität von Chlor gegenüber metallischen Werkstoffen soll untersucht werden: Zunächst wird heiße Kupferwolle in einen mit Chlorgas gefüllten Standzylinder eingeführt. Für weiterführende Betrachtungen wird eine galvanische Kupfer-Chlor-Zelle zusammengestellt. 2.2.1 Formulieren Sie die Reaktionsgleichung für die im Standzylinder zu erwartende Reaktion. (1 BE) 2.3 Zur Desinfektion des Wassers in Schwimmbädern wird Chlor verwendet. Aufgrund des Gefahrenpotenzials von Chlorgas wird dessen Lagerung zunehmend durch eine Erzeu- gung vor Ort ersetzt. 2.2.2 Fertigen Sie eine saubere, beschriftete Versuchsskizze zur Ermittlung der Zellspannung einer Kupfer- Chlor-Zelle bei Standardbedingungen an und kennzeichnen Sie Plus - und Minuspol! (5 BE) SKIZER Hinweis: Der Aufbau einer Chlor-Halbzelle ist analog der einer Standard-Wasserstoff-Halbzelle. Um Elektrodenpotenziale untereinander vergleichen zu können, ist es wichtig, bei den Messungen auf einheitliche Bedingungen zu achten. Abweichende Bedingungen führen zu veränderten Potenzialen. 2.3.1 Erklären Sie am Beispiel einer Kupfer-Chlor-Zelle das Zustandekommen einer Potenzialdifferenz! (5 BE) Dazu leitet man Chlorgas in Natronlauge ein und es bildet sich dabei die lagerungsfähige „Chlorbleich- lauge". Diese stellt eine wässrige Lösung aus Natriumchlorid und dem desinfizierend wirkendem Natri- umhypochlorit (NaOCI) dar. Formulieren Sie die Reaktionsgleichung für die Bildung der Chlorbleichlauge. Zeigen Sie mit Hilfe von Oxidationszahlen, dass es sich um eine Redoxreaktion handelt und kennzeich- nen Sie Oxidation und Reduktion. (4 BE) 2.3.2 Erläutern Sie, wie sich eine Konzentrationserniedrigung der Ionen in der Kupfer- bzw. in der Chlorhalb- zelle jeweils auf die Potenzialdifferenz auswirkt. (4 BE) 3. Es soll ein Nachweisverfahren für elementares Gold entwickelt werden. Dabei wird überlegt, ob man eine schwefelsaure Lösung gelber Dichromationen (Cr₂O72) zu einer Bodenprobe geben könnte, um dadurch das möglicherweise vorhandene Gold zu Gold(III)-Ionen zu oxidieren. Dabei sollten sich grüne Chrom(III)-Ionen bilden. Der Farbumschlag von gelb nach grün wäre dann ein Hinweis für das Vorhan- densein von elementarem Gold. Formulieren Sie die Redoxgleichung mit den entsprechenden Teilgleichungen für diesen Prozess.(4 BE) 3.2 Ermitteln Sie rechnerisch, ob dieses Nachweisverfahren sinnvoll ist. (4 BE) Hinweis: Gehen Sie von Standardbedingungen aus 3.1 Die Bewertungseinheiten können sich geringfügig ändern! Salzsaure mit Natroniauge 21 Titration von starker Soure mit Starker Base PKS (HCI) <0 PB₂ Salesacre = Probelcsung Versuch 1:1 Natronlange = Mapissing Tarationskurve By da Pier der Anfangs- 17pH-Welt bei 1 viegt (→>starke Saure), der p4-wert pit= zu Beginn nur kalim ansteigt. (-Titrationskurve (faut Nach Zugabe von etwa 10ml Naott ist eine sprungriate Veränderung des pH-watts zu sefen. Es gibt nur einen Wendepunkt ( - Aquivalenz- ✓ punkt) be pil= (₁ Zum Ende Rin steigt der pH-Wert nur langsam on & befindet sich im stark alkauschen Bereich (→Starke Base) Aus diesem Grund kann es night Titrationskurve A sein, da Pier der off hert am Ende im SORNach alkauschen Bereich liegt. 616 313 Versuch 2: Essigsäure & Natronlauge PRS-470 ✓Xx 2 Titration einer Sofwachen Säure mit Starker Base • Tirationskurve cv, da hiercher Anfangs pH-Wert deutlon Roper liegt (beipt 3) aufgrund der geringeren Anzafil der 1/₂0+-loren 2+ Sopwoope Saure (pH = ½ (pkstrg (OMC) Zu Begion steigt der pH-Wert starker an Es gibt einen weiteren Proto Nendepunkt (= Halo- aquivalenzpunkt ~ bei pH-S) aufgrund der Verschiebung des GG nach recfits? Welches GG? Der Aquinadenzpunkt liecht im alkalischen * Bereich, da sich das Salz Nach₂ 000 bildet & das & Acetation schwach basisch reagiert. 1.2 Versuch 1: Bromthymol blau, da Rier der Umschlagbereich des Indikators im neutralen Bereich gesofient (pH ¥! Versuch 2 Prenciphthaler, von Rier der Umschlagbereich des indikators im basischen Schwach basischen Bereich liegt (pH = 8/97 Der Indikator macht den Aquivalenzpunkt Sichtbar & cette destregen im Bere sollte der Farlbumschlag im Bereich des Aquivoulera punktes ✓ liegen ▬▬▬▬▬▬ №. 43 V (Essigsture) = 0,01 C=0₂₁₁²²³/²/ Dass sich der oft-Nert duck zuhabe von Saure bei. Bose nur kaum ändert, liegt an leiner Pufferlösung! Diese ist ein aquimolares Gemisch aus einer SoriNachien saure & ifter korespon- dierenden Base CH₂COOH / CH₂COO" -Puffersystem ✓ Puffersäure CH₂COOH + OH CH ₂ COO + H₂O+ Pufferbase ✓ 160+ CH₂COO H₂₂0+CH₂COOH ✓ Das GG verschiebt sich zwar in beiden Fallen, aber der pH-Wert bleibt napezu konstant PH = € Das Puffersystem CH ₂ COCH/Cit₂cm- reagiert am besten im schwach squren Bereof, sodass sich dieses Gemisch nicht eignet, um den pH-Wert bei & konstant zu halten. I da pH = pk₂ ±1 Stattdessen könnte man die Puffersysteme Prosopat-Puffer (He₂ PO₂ / HPC, ² Jvacier Kohlensäure - Bicarbonat- Puffer (H₂C On HCO₂) 1 da diese beiden ideal im neutralen Bereich rengieren 515 314

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Für weiterführende Betrachtungen wird eine galvanische Kupfer-Chlor-Zelle zusammengestellt. 2.2.1 Formulieren Sie die Reaktionsgleichung für die im Standzylinder zu erwartende Reaktion. (1 BE) 2.3 Zur Desinfektion des Wassers in Schwimmbädern wird Chlor verwendet. Aufgrund des Gefahrenpotenzials von Chlorgas wird dessen Lagerung zunehmend durch eine Erzeu- gung vor Ort ersetzt. 2.2.2 Fertigen Sie eine saubere, beschriftete Versuchsskizze zur Ermittlung der Zellspannung einer Kupfer- Chlor-Zelle bei Standardbedingungen an und kennzeichnen Sie Plus - und Minuspol! (5 BE) SKIZER Hinweis: Der Aufbau einer Chlor-Halbzelle ist analog der einer Standard-Wasserstoff-Halbzelle. Um Elektrodenpotenziale untereinander vergleichen zu können, ist es wichtig, bei den Messungen auf einheitliche Bedingungen zu achten. Abweichende Bedingungen führen zu veränderten Potenzialen. 2.3.1 Erklären Sie am Beispiel einer Kupfer-Chlor-Zelle das Zustandekommen einer Potenzialdifferenz! (5 BE) Dazu leitet man Chlorgas in Natronlauge ein und es bildet sich dabei die lagerungsfähige „Chlorbleich- lauge". Diese stellt eine wässrige Lösung aus Natriumchlorid und dem desinfizierend wirkendem Natri- umhypochlorit (NaOCI) dar. Formulieren Sie die Reaktionsgleichung für die Bildung der Chlorbleichlauge. Zeigen Sie mit Hilfe von Oxidationszahlen, dass es sich um eine Redoxreaktion handelt und kennzeich- nen Sie Oxidation und Reduktion. (4 BE) 2.3.2 Erläutern Sie, wie sich eine Konzentrationserniedrigung der Ionen in der Kupfer- bzw. in der Chlorhalb- zelle jeweils auf die Potenzialdifferenz auswirkt. (4 BE) 3. Es soll ein Nachweisverfahren für elementares Gold entwickelt werden. Dabei wird überlegt, ob man eine schwefelsaure Lösung gelber Dichromationen (Cr₂O72) zu einer Bodenprobe geben könnte, um dadurch das möglicherweise vorhandene Gold zu Gold(III)-Ionen zu oxidieren. Dabei sollten sich grüne Chrom(III)-Ionen bilden. Der Farbumschlag von gelb nach grün wäre dann ein Hinweis für das Vorhan- densein von elementarem Gold. Formulieren Sie die Redoxgleichung mit den entsprechenden Teilgleichungen für diesen Prozess.(4 BE) 3.2 Ermitteln Sie rechnerisch, ob dieses Nachweisverfahren sinnvoll ist. (4 BE) Hinweis: Gehen Sie von Standardbedingungen aus 3.1 Die Bewertungseinheiten können sich geringfügig ändern! Salzsaure mit Natroniauge 21 Titration von starker Soure mit Starker Base PKS (HCI) <0 PB₂ Salesacre = Probelcsung Versuch 1:1 Natronlange = Mapissing Tarationskurve By da Pier der Anfangs- 17pH-Welt bei 1 viegt (→>starke Saure), der p4-wert pit= zu Beginn nur kalim ansteigt. (-Titrationskurve (faut Nach Zugabe von etwa 10ml Naott ist eine sprungriate Veränderung des pH-watts zu sefen. Es gibt nur einen Wendepunkt ( - Aquivalenz- ✓ punkt) be pil= (₁ Zum Ende Rin steigt der pH-Wert nur langsam on & befindet sich im stark alkauschen Bereich (→Starke Base) Aus diesem Grund kann es night Titrationskurve A sein, da Pier der off hert am Ende im SORNach alkauschen Bereich liegt. 616 313 Versuch 2: Essigsäure & Natronlauge PRS-470 ✓Xx 2 Titration einer Sofwachen Säure mit Starker Base • Tirationskurve cv, da hiercher Anfangs pH-Wert deutlon Roper liegt (beipt 3) aufgrund der geringeren Anzafil der 1/₂0+-loren 2+ Sopwoope Saure (pH = ½ (pkstrg (OMC) Zu Begion steigt der pH-Wert starker an Es gibt einen weiteren Proto Nendepunkt (= Halo- aquivalenzpunkt ~ bei pH-S) aufgrund der Verschiebung des GG nach recfits? Welches GG? Der Aquinadenzpunkt liecht im alkalischen * Bereich, da sich das Salz Nach₂ 000 bildet & das & Acetation schwach basisch reagiert. 1.2 Versuch 1: Bromthymol blau, da Rier der Umschlagbereich des Indikators im neutralen Bereich gesofient (pH ¥! Versuch 2 Prenciphthaler, von Rier der Umschlagbereich des indikators im basischen Schwach basischen Bereich liegt (pH = 8/97 Der Indikator macht den Aquivalenzpunkt Sichtbar & cette destregen im Bere sollte der Farlbumschlag im Bereich des Aquivoulera punktes ✓ liegen ▬▬▬▬▬▬ №. 43 V (Essigsture) = 0,01 C=0₂₁₁²²³/²/ Dass sich der oft-Nert duck zuhabe von Saure bei. Bose nur kaum ändert, liegt an leiner Pufferlösung! Diese ist ein aquimolares Gemisch aus einer SoriNachien saure & ifter korespon- dierenden Base CH₂COOH / CH₂COO" -Puffersystem ✓ Puffersäure CH₂COOH + OH CH ₂ COO + H₂O+ Pufferbase ✓ 160+ CH₂COO H₂₂0+CH₂COOH ✓ Das GG verschiebt sich zwar in beiden Fallen, aber der pH-Wert bleibt napezu konstant PH = € Das Puffersystem CH ₂ COCH/Cit₂cm- reagiert am besten im schwach squren Bereof, sodass sich dieses Gemisch nicht eignet, um den pH-Wert bei & konstant zu halten. I da pH = pk₂ ±1 Stattdessen könnte man die Puffersysteme Prosopat-Puffer (He₂ PO₂ / HPC, ² Jvacier Kohlensäure - Bicarbonat- Puffer (H₂C On HCO₂) 1 da diese beiden ideal im neutralen Bereich rengieren 515 314