Säure-Base-Titration

Im Labor arbeitest Du oft mit vielen verschiedenen Lösungen. Daher kennst Du manchmal nicht mehr die genaue Konzentration einer bestimmten Säure oder Base. Das stellt aber für die Durchführung von Experimenten ein Problem dar, weshalb Du die Konzentration bestimmen musst. Eine einfache Methode, um die unbekannte Konzentration zu bestimmen, ist die Säure-Base-Titration. 

Säure-Base-Titration Säure-Base-Titration

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Inhaltsverzeichnis
Inhaltsangabe

    Die Säure-Base-Titration ist ein chemisches Analyseverfahren, mit dem man die Konzentration von Säuren und Basen bestimmen kann.

    Grundprinzipien der Säure-Base-Titration

    Bei der Säure-Base-Titration gibst Du zu einer Probelösung unbekannter Konzentration eine Maßlösung, dessen Konzentration Dir bekannt ist. Bei der Maßlösung handelt es sich um eine starke Säure oder Base.

    Es kommt zu einer Reaktion, bei der die entsprechenden Oxoniumionen (H3O+) und Hydroxidionen (OH-) neutralisiert werden, in dem Wasser entsteht. Wenn die Lösung neutralisiert wurde, kannst Du aus dem verwendeten Volumen an Maßlösung, die Konzentration der Probelösung berechnen.

    H3O++OH-2H2O

    Die H3O+-Ionen der Säure werden durch die OH--Ionen der Base neutralisiert und der pH-Wert der Lösung nähert sich dem neutralen Wert 7. Demnach sind an diesem Punkt die Stoffmengen (n) der Maß- und der Probelösung identisch.

    nProbelösung=nMaßlösung

    Als Äquivalenzpunkt bezeichnet man den Punkt im Titrationsprozess, an dem in der Lösung genau so viele Hydroxidionen wie Oxoniumionen vorhanden ist. Eine bestimmte Stoffmenge an Säure wurde mit der entsprechenden Stoffmenge an Base neutralisiert. Dies ist der Endpunkt.

    Die Maßlösung wird so lange zur Probelösung hinzugetropft, bis die Äquivalenzstoffmengen gleich sind und der in der Probelösung enthaltende Indikator sich färbt.

    Um den Äquivalenzpunkt während der Titration erkennen zu können, wird ein Indikator eingesetzt. pH-Indikatoren sind Farbstoffe, die man der Probelösung zusetzt. Je nachdem, ob eine Lösung sauer oder basisch ist, verändern sie ihre Farbe. Sobald der pH-Indikator während der Titration seinen Farbumschlag hat, ist der Äquivalenzpunkt erreicht.

    Hier siehst Du einige häufig verwendete pH-Indikatoren und ihre Umschlagbereiche aufgelistet.


    IndikatorFarbe bei niedrigerem pH-WertpH-UmschlagbereichFarbe bei höherem pH-Wert
    Methylorangerot3,1 - 4,5gelb
    Methylrotrot4,2 - 6,3gelb
    Bromthymolblaugelb6,0 - 7,6 blau
    Thymolblaugelb8,0 - 9,6blau
    Phenolphthaleinfarblos8,3 - 10,0rot

    Während der Säure-Base-Titration steigt die sogenannte Titrationskurve. An der Bürette kannst Du das verbrauchte Volumen an Maßlösung abmessen und über eine Umrechnung, die Konzentration des gesuchten Stoffes berechnen.

    Säure-Base-Titration Durchführung

    Für die Säure-Base-Titration füllst Du eine Maßlösung bekannter Konzentration in eine Bürette. In einem Erlenmeyerkolben darunter befindet sich die Probelösung mit dem Indikator.

    Jetzt gibst Du nach und nach Maßlösung zur Probelösung hinzu, bis der Indikator umschlägt und der Äquivalenzpunkt erreicht ist. Jetzt kannst Du ablesen, wie viel Volumen an Maßlösung Du verwendet hast.

    Um nun die Konzentration (c) der Probelösung berechnen zu können, benötigst Du diese Titrationsformel:

    cMaßlösung=nMaßlösungVMaßlösung bzw. nMaßlösung=VMaßlösung×cMaßlösung

    Da die Stoffmengen (n) der Maß- und Probelösung gleich sind, kannst Du jetzt mit dieser Formel die Konzentration der Probelösung berechnen. Das entsprechende Volumen (V) der Probelösung ist das Volumen, welches Du anfänglich in den Erlenmeyerkolben gefüllt hast.

    cProbelösung=nProbelösungVProbelösung

    Titrationskurven

    Je nachdem, ob es sich bei der Säure-Base-Titration um eine schwache oder starke Säure oder Base handelt, verläuft die Titration in einem anderen pH-Bereich. Titrationskurven sind dazu gedacht, grafisch zu veranschaulichen, wie die Reaktion verläuft und zeigen den pH-Wert der Probelösung in Abhängigkeit von der zugegebenen Menge an Maßlösung.

    Titration einer starken Säure mit einer starken Base

    Bei der Titration einer starken Säure (Probelösung) mit einer starken Base (Maßlösung) steigt der pH-Wert der Lösung von sauer nach basisch. Man kann annehmen, dass es zur vollständigen Neutralisation kommt.

    Du kannst zum Beispiel 10 ml einer Salzsäurelösung (HCl), deren Konzentration Du nicht kennst, mit einer Natronlauge (NaOH), deren Konzentration 0,1 molL beträgt, titrieren.

    Nach der Zugabe von 10 ml Maßlösung ist der Äquivalenzpunkt erreicht und die Lösung ist neutral. An dieser Stelle schlägt der pH-Indikator um. Hier findet ein deutlicher pH-Sprung statt. Der pH-Wert ändert sich in einem kleinen Intervall sehr stark.

    An dieser Stelle hörst Du mit der Titration auf. Bei einer potentiometrischen Titration hingegen titrierst Du weiter.

    Die Potentiometrie ist eine Form der Titration, bei der der Äquivalenzpunkt nicht über einen Indikator, sondern über die Änderung der elektromotorischen Kraft während der Titration bestimmt wird.

    Die Titrationskurve sieht dementsprechend so aus:

    Um nun die unbekannte Konzentration der Salzsäurelösung zu berechnen, kannst Du so vorgehen:

    nMaßlösung=0,01 L×0,1 molL =0,001 mol

    cProbelösung=0,001 mol0,01 L=0,1 molL

    Die Konzentration der Salzsäurelösung beträgt somit 0,1 molL.

    Bei der Titration einer starken Base (Probelösung) mit einer starken Säure (Maßlösung) würde die Titrationskurve umgekehrt aussehen. Das heißt, der pH-Wert würde von basisch zu sauer sinken.

    Titration einer schwachen Säure mit einer starken Base

    Bei der Titration einer schwachen Säure (Probelösung) mit einer starken Base (Maßlösung) steigt der pH-Wert der Lösung von sauer nach basisch. Jedoch verläuft die Titrationskurve etwas anders als bei einer starken Säure.

    In diesem Beispiel wurden 20 ml Essigsäure (CH3COOH), deren Konzentration nicht bekannt ist, mit einer Natronlauge (NaOH), deren Konzentration 0,1 molL beträgt, titriert.

    Zu Beginn der Säure-Base-Titration liegt der pH-Wert höher, da nur ein kleiner Teil der Essigsäure dissoziiert vorliegt. Dissoziation bedeutet, dass ein Molekül in zwei oder mehrere einfache Moleküle getrennt wird. Das heißt, die Essigsäure liegt zu einem geringen Anteil als Acetat- (CH3COO-) und H+-Ionen vor.

    Die Titrationskurve verläuft nicht steil im Bereich des pks-Wertes, da hier zunächst die Natronlauge verbraucht wird, um die Essigsäure zu neutralisieren.

    Der pKs-Wert oder die Säurekonstante gibt an, wie stark eine Säure ist. Je geringer der Wert, desto stärker ist die Säure. Essigsäure weist einen pKs-Wert von 4,75 auf. Sie ist eine schwache Säure.

    Die Besonderheit bei dieser Säure-Base-Titration ist, dass der Äquivalenzpunkt und der Neutralpunkt nicht identisch sind. Am Neutralpunkt beträgt der pH-Wert der Lösung 7 und die Lösung ist neutral. Das liegt daran, dass am Äquivalenzpunkt die gesamte Essigsäure neutralisiert wurde und die Lösung dann Natriumacetat (C2H3NaO2) enthält.

    Natriumacetat reagiert in wässriger Lösung schwach basisch, weshalb der Äquivalenzpunkt im schwach basischen Bereich liegt. Bei der Reaktion mit Natronlauge entsteht das basische Acetat-Ion.

    CH3COOH + NaOH CH3COO- + Na+ + H2O

    Im Verlauf der Titration verändert sich der pH-Wert in einem großen Intervall. Es kommt nicht zu einem schnellen pH-Sprung wie bei der Titration einer starken Säure mit einer starken Base.

    Um nun die unbekannte Konzentration der Essigsäurelösung zu berechnen, kannst Du so vorgehen wie bei der Titration einer starken Säure mit einer starken Base:

    nMaßlösung=0,04 L×0,1 molL=0,004 mol

    cProbelösung=0,004 mol0,02 L=0,2 molL

    Die Konzentration der Essigsäurelösung beträgt somit 0,2 molL.

    Man kann den pH-Wert am Äquivalenzpunkt dieser Reaktion auch rechnerisch bestimmen.

    Dazu kannst Du die Acetatkonzentration folgendermaßen bestimmen:

    cAcetat=0,004 mol0,06 L=0,06 molL

    Die Berechnung erfolgt mit 20 ml, weil am Äquivalenzpunkt 10 ml NaOH zur Essigsäure hinzugefügt wurden und das komplette Volumen jetzt 20 ml beträgt.

    Den pH-Wert kannst Du jetzt mit der Henderson-Hasselbalch-Gleichung für schwache Basen bestimmen.

    pH=14-12pkb-logB0=14-129,2-log0,06=8,7

    Der pH-Wert am Äquivalenzpunkt beträgt somit 8,7.

    Wenn Du eine schwache Base mit einer starken Säure titrieren würdest, wäre der Verlauf ähnlich. Die Kurve würde dann im basischen Bereich beginnen und im sauren Bereich enden. Der Äquivalenzpunkt wäre dann im sauren Bereich, also unter 7.

    Titration einer mehrprotonigen Säure

    Die Besonderheit bei der Titration von mehrprotonigen Säuren wie Phosphorsäure (H3PO4), Schwefelsäure (H2SO4) oder Kohlensäure (H2CO3) ist, dass es mehrere Äquivalenzpunkte gibt. Es gibt immer so viele Äquivalenzpunkte wie Protonen. So hat Phosphorsäure (H3PO4) beispielsweise drei Protonen und demnach gibt es bei der Titration 3 Äquivalenzpunkte.

    Bei der Reaktion mit Phosphorsäure laufen drei Säure-Base-Reaktionen ab, bei denen stufenweise die Protonen abgegeben werden:

    1. H3PO4 + NaOH H2PO4- + Na+ + H2O2. H2PO4- + NaOH HPO42- + Na+ + H2O3. HPO42- + NaOH PO43- + Na+ + H2O

    Deswegen gibt es hier auch 3 Äquivalenzpunkte und mehrere pH-Sprünge, wie Du in dieser Abbildung sehen kannst.

    Um die Konzentration der Phosphorsäure zu berechnen, musst Du die Reaktionsgleichung aufstellen:

    H3PO4 + 3NaOH Na3PO4 + 3H2O

    Demnach ist am Äquivalenzpunkt die Stoffmenge der verbrauchten Maßlösung, dreimal so hoch wie die der Phosphorsäure:

    n(NaOH) = 3n(H3PO4) bzw. 13n(NaOH) = n(H3PO4)

    Die Konzentration kannst Du anschließend mit dieser Formel berechnen:

    c(H3PO4) = 12n(NaOH)V(NaOH)

    Indem Du jetzt die Volumina der Natronlauge an einem der Äquivalenzpunkte in die Gleichung einsetzt, erhältst Du die Konzentration der Phosphorsäure.

    Säure Base Titration - Das Wichtigste

    • Die Säure-Base-Titration ist ein chemisches Analyseverfahren, mit dem man die Konzentration von Säuren und Basen bestimmen kann.
    • Bei der Säure-Base-Titration gibt man zu einer Probelösung unbekannter Konzentration eine Maßlösung, dessen Konzentration bekannt ist.
    • Bei der Maßlösung handelt es sich um eine starke Säure oder Base.
    • Es kommt zu einer Reaktion, bei der die entsprechenden Oxonium- oder Hydroxidionen neutralisiert werden.
    • Wenn die Lösung neutralisiert wurde, kann man aus dem verwendeten Volumen an Maßlösung, die Konzentration der Probelösung berechnen.
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    Häufig gestellte Fragen zum Thema Säure-Base-Titration

    Warum titriert man? 

    Man titriert um die unbekannte Konzentration einer bestimmten Säure oder Base zu bestimmen. 

    Wie funktioniert eine Säure Base Titration? 

    Bei der Säure-Base-Titration gibt man zu einer Probelösung unbekannter Konzentration eine Maßlösung, dessen Konzentration bekannt ist. Bei der Maßlösung handelt es sich um eine starke Säure oder Base. 


    Es kommt zu einer Reaktion bei der die entsprechenden Oxonium- bzw. Hydroxidionen neutralisiert werden. Wenn die Lösung neutralisiert wurde, kann man aus dem verwendeten Volumen an Maßlösung, die Konzentration der Probelösung berechnen.

    Was ist der Äquivalenzpunkt bei einer Titration? 

    Als Äquivalenzpunkt bezeichnet man den Punkt im Titrationsprozess an dem in der Lösung genau so viel Säure wie Base vorhanden ist. Eine bestimmte Stoffmenge an Säure wurde mit der entsprechenden Stoffmenge an Base neutralisiert. 

    Warum gibt es einen pH Sprung bei der Titration? 

    Der pH-Sprung beschreibt die pH-Wert Änderung während der Titration. Ändert sich der pH-Wert in einem kleinen Intervall drastisch, spricht man von einem deutlichen pH-Sprung. Ändert sich der pH-Wert eher langsam, über ein längeres Intervall, spricht man von einem undeutlichem pH-Sprung.

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