Wie berechnet man die Massenkonzentration bei einer Titration?

Die Massenkonzentration β berechnest du mit der Formel β = m / V . Zuerst bestimmst du über die Maßlösung die Stoffmenge der Probe, wandelst diese mit der molaren Masse in die Masse m um und teilst sie schließlich durch das Volumen V der Probelösung.

Wofür braucht man das Reaktionsverhältnis?

Das Reaktionsverhältnis aus der Reaktionsgleichung ist die Brücke zwischen Maßlösung und Probelösung. Es sagt dir genau, wie viele Mol der Maßlösung mit wie vielen Mol der Probe reagieren, damit du die unbekannte Stoffmenge korrekt berechnen kannst.

Redoxtitrationen quantitativ berechnen

Q: Was sind quantitative Berechnungen bei Redoxtitrationen?

Quantitative Berechnungen bei Redoxtitrationen dienen dazu, die genaue Konzentration oder Stoffmenge eines unbekannten Stoffes in einer Probelösung zu ermitteln. Dafür nutzt man eine Maßlösung mit bekannter Konzentration und das Reaktionsverhältnis aus der chemischen Reaktionsgleichung.

Fische brauchen Sauerstoff zum Atmen, genau wie wir. Aber wie finden Biologen heraus, ob ein See genug Sauerstoff enthält, damit die Fische überleben können? Um das herauszufinden, sind quantitative Berechnungen bei Redoxtitrationen entscheidend.

Sie können den Sauerstoff im Wasser nicht einfach sehen oder zählen. Stattdessen nutzen sie eine chemische Titration, um ihn sichtbar zu machen. In dieser Lektion lernst du, wie man aus den gemessenen Millilitern im Labor die genaue Menge eines Stoffes berechnet. Du wirst zum chemischen Detektiv!

Vorwissen

Stoffmengenkonzentration ( $c$ ): Verknüpft Stoffmenge und Volumen.

Formel: $n = c \cdot V$

Beispiel: $2 \text{ l}$ einer Lösung mit $c = 0,5 \text{ mol/l}$ enthalten $n = 1 \text{ mol}$ des gelösten Stoffes.
Molare Masse ( $M$ ): Verknüpft Masse und Stoffmenge.

Formel: $m = n \cdot M$

Beispiel: $1 \text{ mol}$ Sauerstoff ( $\text{O}_2$ ) hat eine Masse von $32 \text{ g}$ .

Aufgabentyp 1: Berechnung der Massenkonzentration

In der analytischen Chemie sprechen wir oft von einer Bestimmung. Das bedeutet einfach, dass wir durch ein Experiment die genaue Konzentration eines unbekannten Stoffes ermitteln.

Das Ziel vieler Titrationen ist es, die Massenkonzentration (Formelzeichen $\beta$ ) zu berechnen. Sie sagt uns, wie viel Masse eines Stoffes (in Gramm oder Milligramm) in einem bestimmten Volumen (meistens einem Liter) gelöst ist.

Die Grundformel lautet:

$\beta = \frac{m}{V}$

Um diese Formel nutzen zu können, müssen wir die Daten unserer Maßlösung (die Lösung in der Bürette, deren Konzentration wir kennen) mit unserer Probelösung (die Lösung im Kolben, die wir untersuchen) verknüpfen.

Da die Stoffe in einem bestimmten Verhältnis miteinander reagieren, nutzen wir die Reaktionsgleichung als Brücke, um von der Maßlösung auf die Probelösung zu schließen.

Schritt-für-Schritt-Anleitung

Bestimme das Volumen der Probelösung aus den gegebenen Daten.
Berechne die Stoffmenge der Maßlösung mit der Formel $n = c \cdot V$ .
Berechne die Stoffmenge der Probe über das Reaktionsverhältnis.
Wandle die Stoffmenge mit der molaren Masse in die Masse um.
Teile die berechnete Masse durch das Volumen der Probelösung, um die Massenkonzentration zu erhalten.

Durchgerechnete Beispiele

Beispiel 0

Aufgabe

[Real-World Context] Biologen bestimmen den gelösten Sauerstoff ( $\text{O}_2$ ) in einem See mit der sogenannten Winkler-Methode.

Eine Wasserprobe wird in einer Flasche mit $V(\text{Flasche}) = 102 \text{ ml}$ gesammelt. Durch die Zugabe von Chemikalien laufen $2 \text{ ml}$ über ( $V(\text{Überlauf}) = 2 \text{ ml}$ ).

Die Probe wird mit einer Thiosulfat-Maßlösung ( $\text{S}_2\text{O}_3^{2-}$ ) titriert. Die Konzentration der Maßlösung beträgt $c(\text{S}_2\text{O}_3^{2-}) = 0,01 \text{ mol/l}$ . Bis zum Umschlagpunkt werden $V(\text{Maßlösung}) = 9,5 \text{ ml}$ verbraucht.

Aus der Reaktionsgleichung ist bekannt, dass $1 \text{ mol}$ Sauerstoff genau $4 \text{ mol}$ Thiosulfat benötigt. Das Verhältnis ist also: $n(\text{O}_2) = \frac{1}{4} \cdot n(\text{S}_2\text{O}_3^{2-})$ .

Die molare Masse von Sauerstoff beträgt $M(\text{O}_2) = 32,0 \text{ g/mol}$ .

Berechne die Massenkonzentration $\beta$ des Sauerstoffs in der Probelösung in $\text{mg/l}$ .

Fortschritt

4 / 4

Schritt 1
Volumen der Probelösung bestimmen
Das tatsächliche Volumen der untersuchten Probe ist das Flaschenvolumen abzüglich des Überlaufs:

$V(\text{Probe}) = 102 \text{ ml} - 2 \text{ ml}$

$= 100 \text{ ml} = 0,1 \text{ l}$
Schritt 2 & 3
Stoffmenge der Probe berechnen
Wir setzen die Formel für die Stoffmenge der Maßlösung ( $n = c \cdot V$ ) direkt in das vorgegebene Verhältnis ein, um die Stoffmenge des Sauerstoffs zu finden. Achte darauf, das Volumen in Liter umzurechnen ( $9,5 \text{ ml} = 0,0095 \text{ l}$ ):

$\textcolor{#08BFFF}{n(\text{O}_2)} = \frac{1}{4} \cdot \textcolor{#53E5D6}{c(\text{S}_2\text{O}_3^{2-})} \cdot \textcolor{#53E5D6}{V(\text{Maßlösung})}$

$= \frac{1}{4} \cdot \textcolor{#53E5D6}{0,01 \text{ mol/l}} \cdot \textcolor{#53E5D6}{0,0095 \text{ l}}$

$= \textcolor{#08BFFF}{0,00002375 \text{ mol}}$
Schritt 4
Masse der Probe berechnen
Nun wandeln wir die Stoffmenge in die Masse um:

$\textcolor{#08BFFF}{m(\text{O}_2)} = \textcolor{#08BFFF}{n(\text{O}_2)} \cdot M(\text{O}_2)$

$= \textcolor{#08BFFF}{0,00002375 \text{ mol}} \cdot 32,0 \text{ g/mol}$

$= \textcolor{#08BFFF}{0,00076 \text{ g}} = \textcolor{#08BFFF}{0,76 \text{ mg}}$
Schritt 5 · Ergebnis
Massenkonzentration berechnen
Zuletzt teilen wir die Masse durch das Volumen der Probe aus Schritt 1:

$\beta(\text{O}_2) = \frac{\textcolor{#08BFFF}{m(\text{O}_2)}}{V(\text{Probe})}$

$= \frac{\textcolor{#08BFFF}{0,76 \text{ mg}}}{0,1 \text{ l}}$

$= 7,6 \text{ mg/l}$

(Alternativ als eine große Gesamtformel: $\beta(\text{O}_2) = \frac{\frac{1}{4} \cdot c(\text{S}_2\text{O}_3^{2-}) \cdot V(\text{Maßlösung}) \cdot M(\text{O}_2)}{V(\text{Probe})}$ )

Ergebnis:

Die Massenkonzentration des Sauerstoffs in der Probe beträgt $7,6 \text{ mg/l}$ .

Wichtige Erkenntnisse

Bestimmung: Der Fachbegriff für das Ermitteln einer Konzentration durch ein Experiment.
Massenkonzentration ( $\beta$ ): Gibt an, wie viel Masse eines Stoffes in einem bestimmten Volumen gelöst ist ( $\beta = \frac{m}{V}$ ).
Der Rechenweg: Nutze das Volumen und die Konzentration der Maßlösung, um über das Reaktionsverhältnis die Masse der Probe zu berechnen.

Quantitative Berechnungen bei Redoxtitrationen einfach erklärt

Quantitative Berechnungen bei Redoxtitrationen einfach erklärt

Vorwissen

Aufgabentyp 1: Berechnung der Massenkonzentration

Schritt-für-Schritt-Anleitung

Durchgerechnete Beispiele

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Wichtige Erkenntnisse

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