Ziel des Versuchs: Der Versuch zeigt, dass das Löslichkeitsprodukt anhand einer Neutralisationstitration berechnet werden kann.
| Thema: Löslichkeitsprodukt und Ionenprodukt II | Tags: Löslichkeitsprodukt, Neutralisationstitration | Klassenstufen: 11-12 | Versuchsart: LV |
Materialien
Erlenmeyerkolben, Stativ, Klemme, Muffe, Bürette, Trichter, Pipette, Peleusball
Chemikalien
Calciumhydroxid, Natronlauge (c = 0,1 mol/L), Salzsäure (c = 0,1 mol/L), Phenolphtalein-Lösung (0,1%ige Lösung)
| Gefahrstoff | H-Sätze | P-Sätze | GHS |
|---|---|---|---|
| Calciumhydroxid Pulver | H318 | P280-P305+P351+P338-P309+P310 |  |
| Natronlauge 0,1 M | H314 | P280-P305+P351+P338-P310 | |
| Salzsäure 0,1 M | H290 | -- | |
| Phenolphthaleinlösung < 1% in Ethanol-Wasser 1:1 | H226 | -- |  |
Durchführung
Es wird eine gesättigte Calciumhydroxidlösungen mit Natronlauge (c = 0,1 mol/L) angesetzt. Von dieser gesättigten Lösung werden 20 mL in einen Erlenmeyerkolben vorgelegt und mit einigen Tropfen Phenolphtalein-Lösung (5% in Ethanol/Wasser) versetzt. Anschließend wird die Bürette mit Salzsäure (c = 0,1 mol/L) gefüllt.
Die Lösung wird bis zur Entfärbung Salzsäure titriert und das benötigte Volumen an Salzsäure wird notiert.
Beobachtung
Es wurden 22 mL bis zur Entfärbung der Lösung benötigt.
Deutung
Für die Lösung soll das Löslichkeitsprodukt des Calciumhydroxids berechnet werden.
Ca(OH)2(s) ⇌ Ca2+(aq) + 2OH-(aq)
Unter Berücksichtigung der stöchiometrischen Koeffizienten kann die Gleichung für das Löslichkeitsproduktes KL(Ca(OH)2) aufgestellt werden:
KL(Ca(OH)2) = c(Ca2+)∙c2(OH-)
Als erstes wird die Konzentration der Hydroxid-Ionen in der Lösung berechnet. Es gilt: n(OH-) = n(HCl)
V(HCl) = 0,022 L und V(Ca(OH)2) = 0,020 L
c(OH-) ∙V(OH-)=c(HCl)∙V(HCl)
c(OH-)= (c(HCl)∙V(HCl)) / V(OH-)
c(OH- = (0,1 mol/L ∙ 0,22 L) / 0,020 L = 0,11 mol/L
Für die Berechnung des Löslichkeitsproduktes muss abschließend noch die Konzentration der Hydroxid-Ionen berücksichtigt werden, die bereits aus der Natronlauge stammen:
c(OH-) = 0,1 mol/L
c(OH-)gesamt - c(OH-)NaOH = c(OH-)Ca(OH)2
= 0,01 mol/LDer Reaktionsgleichung des Lösungsvorganges von Calciumhydroxid kann entnommen werden, dass in der Calciumhydroxid-Lösung doppelt so viele Hydroxid-Ionen wie Calcium-Ionen vorliegen. Daher gilt
c(Ca2+)= 0,5∙c(OH-).
Dies muss bei der Berechnung der Konzentration der Calcium-Ionen berücksichtigt werden:
c(Ca2+)= 0,5∙c(OH-)Ca(OH)2
c(Ca2+) = 0,5 ∙ 0,01 mol/L = 0,005 mol/L
Für das Löslichkeitsprodukt ergibt sich demnach:
KL(Ca(OH)2) = c (Ca2+) ∙ c2(OH-)
Für die Berechnung des Löslichkeitsproduktes muss beachtet werden, dass Letzteres immer vom verwendeten Lösemittel abhängt. Dadurch, in diesem Versuch in Natronlauge verwendet wurde, liegen dort bereits Hydroxid-Ionen vor, welche natürlich beeinflussen, wieviel Calciumhydroxid sich darüber hinaus noch maximal lösen lassen. Daher ergibt sich folgendes Löslichkeitsprodukt für die Löslichkeit von Calciumhydroxid in 0,1 molarer Natronlauge:
KL(Ca(OH)2)1 = 0,005 mol/L ∙ (0,01 mol/L)2 = 5 ∙ 10-7mol3/L3
... sowie folgendes Löslichkeitsprodukt von Calciumhydroxid in Wasser (hier werden die bereits vorhandenen Hydroxid-Ionen mit in die Gleichung aufgenommen):
KL(Ca(OH)2)2 = 0,005 mol/L ∙ (0,11 mol/L)2 = 6,05 ∙ 10-5 mol3/L3
In beiden Fällen löst sich natürlich die exakt gleiche Menge Calciumhydroxid; die unterschiedlichen Werte ergeben sich nur aus dem Betrachtungswinkel bzw. daraus, dass unterschiedliche Vorbedingungen hinsichtlich des Lösemittels angenommen werden. Entsprechend kleiner ist KL1 auch im Vergleich zu KL2
Bei einem Vergleich von KL2 mit dem Literaturwert KL(Ca(OH)2/sub>) = 5,02 ∙ 10−6mol3/L3 fällt auf, dass eine Abweichung von 1,03 ∙ 10−6mol3/L3 (20,5 %) zwischen dem experimentell ermittelten und dem in der Literatur angegebenen Wert vorhanden ist. Dieser leicht zu große Wert lässt sich durch kleine Ungenauigkeiten erklären und auch darüber, dass eventuell noch sehr kleine Mengen festes Calciumhydroxid in der Lösung vorhanden waren.
Entsorgung
Mit viel Wasser verdünnen und im Abfluss entsorgen.
Anmerkungen & Unterrichtsanschlüsse: Der Versuch „Bestimmung des Löslichkeitsprodukts von Calciumhydroxid durch Neutralisationstitration mit Salzsäure “ kann nach dem Versuch V 3 „Löslichkeitsprodukt von Calciumhydroxid, Magnesiumhydroxid und Bariumhydroxid durch pH-Wert-Messung“ als Lehrerdemonstrationsversuch vorgeführt werden, da die Berechnung des Löslichkeitsproduktes mit dieser Methode anspruchsvoller ist als in V 3 und die Grundlage aus V 3 von den SuS bereits verstanden sein sollte.
Literatur
nach N.N, http://www.uni-muenster.de/imperia/md/content/didaktik_ der_chemie/acpraktikum/praktikumsvorschriften_kapitel_7.pdf (zuletzt aufgerufen am 21.08.2014 um 23:32 Uhr)Handbook of Chemistry and Physics. CRC Press. New York, 2008-2009
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