Chemie · Klasse 10–13 · aktualisiert
Äquivalenzpunkt erkennen und berechnen
Der Äquivalenzpunkt ist durch die Reaktion bestimmt; du findest sein Volumen und unterscheidest ihn von pH 7 und Farbumschlag.
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Kurz gesagt
Am Äquivalenzpunkt wurde genau die zur Probe passende Stoffmenge Maßlösung zugegeben. Das Verhältnis steht in der ausgeglichenen Reaktionsgleichung. Der Punkt ist daher weder grundsätzlich pH 7 noch automatisch der sichtbare Farbumschlag.
Der Äquivalenzpunkt ist erreicht, wenn Säure und Base genau im Verhältnis der Reaktionsgleichung miteinander umgesetzt wurden. Er beschreibt also ein Stoffmengenverhältnis – nicht automatisch den pH-Wert 7 und nicht bloß einen beobachteten Farbumschlag.
Deine Lernziele
Hake ab, was du schon kannst. Löst du alle Aufgaben eines Abschnitts, hakt Mela das Ziel für dich ab.
3 Abschnitte
Eine Maßlösung mit bekannter Konzentration wird einer Probe zugegeben. Der Äquivalenzpunkt ist der theoretische Reaktionspunkt; der Endpunkt ist das beobachtete Signal, etwa ein Farbumschlag. Beides soll möglichst nah beieinanderliegen. Der Neutralpunkt ist in Wasser bei etwa 25 °C pH 7. Er kann, muss aber nicht, mit dem Äquivalenzpunkt zusammenfallen.
Definition
Äquivalenzpunkt
Am Äquivalenzpunkt ist genau die Stoffmenge Maßlösung zugegeben, die nach der ausgeglichenen Reaktionsgleichung zur vollständigen Umsetzung des untersuchten Stoffes nötig ist. Deshalb heißt er auch stöchiometrischer Punkt.
Definition
Neutralpunkt
Bei etwa 25 °C bezeichnet der Neutralpunkt in wässriger Lösung pH 7. Bei einer starken Säure und einer starken Base fällt er näherungsweise mit dem Äquivalenzpunkt zusammen.
Merke: Äquivalent bedeutet „im passenden Reaktionsverhältnis“. Es bedeutet nicht automatisch gleiche Stoffmengen, gleiche Volumina oder gleiche Konzentrationen.
Teste dich
Für Salzsäure und Natronlauge gilt bei vollständiger Umsetzung \ce{HCl + NaOH -> NaCl + H2O}. Die Koeffizienten zeigen das Verhältnis 1:1. Mit n=cV berechnest du die Stoffmenge n in mol aus Konzentration c in mol/L und Volumen V in L. Bei einem Verhältnis von 1:1 gilt am Äquivalenzpunkt:
c_\mathrm P V_\mathrm P=c_\mathrm M V_\mathrm M
Bei einer anderen Gleichung müssen die Koeffizienten ausdrücklich berücksichtigt werden. Zum Beispiel verlangt \ce{H2SO4 + 2 KOH -> K2SO4 + 2 H2O} bei vollständiger Neutralisation zwei Mol Kaliumhydroxid je Mol Schwefelsäure.
Beispiel
- 1Gegeben: 25{,}0\,\mathrm{mL}=0{,}0250\,\mathrm L Salzsäure mit c=0{,}100\,\mathrm{mol/L}; Natronlauge hat dieselbe Konzentration.
- 2Die Gleichung \ce{HCl + NaOH -> NaCl + H2O} zeigt das Verhältnis 1:1.
- 3Säuremenge: n(\ce{HCl})=cV. Eingesetzt: 0{,}100\,\mathrm{mol/L}\cdot0{,}0250\,\mathrm L=0{,}00250\,\mathrm{mol}.
- 4Damit werden 0{,}00250\,\mathrm{mol} Natriumhydroxid benötigt.
- 5Äquivalenzvolumen: V(\ce{NaOH})=n/c. Eingesetzt: 0{,}00250\,\mathrm{mol}/(0{,}100\,\mathrm{mol/L})=0{,}0250\,\mathrm L.
- 6Das sind 25{,}0\,\mathrm{mL}. Gleiche Konzentrationen und das Verhältnis 1:1 ergeben hier gleiche Volumina.
Teste dich
Am Äquivalenzpunkt sind die Stoffmengen passend umgesetzt; seine pH-Lage hängt von den entstandenen Teilchen ab. Bei starker Säure mit starker Base liegt er in Wasser bei etwa 25 °C ungefähr bei pH 7. Bei schwacher Säure mit starker Base kann die zugehörige Base mit Wasser Hydroxid-Ionen bilden: Die Lösung ist basisch. Bei starker Säure mit schwacher Base kann die zugehörige Säure Protonen an Wasser abgeben: Die Lösung ist sauer.
In einer pH-Kurve liegt der Äquivalenzpunkt bei gut ausgeprägtem Sprung näherungsweise im Bereich der größten Steigung (Wendepunkt); die Stöchiometrie bleibt die eigentliche Definition. Der Umschlagsbereich eines Indikators muss in diesen pH-Sprung passen, damit der beobachtete Endpunkt nahe liegt. Eine Leitfähigkeitskurve ist ein anderes Messsignal: Bei Salzsäure mit Natronlauge sinkt sie zunächst durch den Ersatz beweglicher Oxonium-Ionen durch weniger bewegliche Natrium-Ionen und steigt nach dem Äquivalenzpunkt durch überschüssige Hydroxid-Ionen. Ihr Minimum markiert bei dieser Paarung den Punkt; auf andere Paarungen ist diese Form nicht pauschal übertragbar.
Beispiel: Propansäure mit Natronlauge
- 1Propansäure ist eine schwache Säure. Mit Natronlauge reagiert sie so:
- 2\ce{CH3CH2COOH + NaOH -> CH3CH2COONa + H2O}
- 3Am Äquivalenzpunkt liegt unter anderem Propionat vor, die zugehörige Base der Propansäure.
- 4\ce{CH3CH2COO- + H2O <=> CH3CH2COOH + OH-}
- 5Weil Propionat mit Wasser etwas Hydroxid bildet, liegt der pH-Wert über 7.
Teste dich
Alles auf einen Blick
Äquivalenzpunkt
Bedeutung
zur Gleichung passende Stoffmengen
Unterscheidung
Neutralpunkt bedeutet bei etwa 25 °C pH 7
Endpunkt
beobachteter Indikatorumschlag
Berechnung
n = c · V und Reaktionsverhältnis
Messung
pH-Sprung oder passendes Leitfähigkeitssignal
Bedingung
pH-Lage hängt von Säure- und Basenstärke ab
Musteraufgabe · Schritt für Schritt
Äquivalenzvolumen bei ungleichen Konzentrationen
- 1Gegeben: 18{,}0\,\mathrm{mL}=0{,}0180\,\mathrm L Bromwasserstoffsäure mit c=0{,}200\,\mathrm{mol/L}; Maßlösung Lithiumhydroxid mit c=0{,}150\,\mathrm{mol/L}.
- 2\ce{HBr + LiOH -> LiBr + H2O} zeigt das Verhältnis 1:1.
- 3Säuremenge: n(\ce{HBr})=cV. Eingesetzt: 0{,}200\,\mathrm{mol/L}\cdot0{,}0180\,\mathrm L=0{,}00360\,\mathrm{mol}.
- 4Äquivalenzvolumen: V(\ce{LiOH})=n/c. Eingesetzt: 0{,}00360\,\mathrm{mol}/(0{,}150\,\mathrm{mol/L})=0{,}0240\,\mathrm L.
- 5Das sind 24{,}0\,\mathrm{mL}; wegen der kleineren Maßlösungskonzentration ist ihr benötigtes Volumen größer.
Fehler finden
Äquivalenzvolumen einer 1:1-Reaktion prüfen In einer Zeile steckt ein Fehler. Tippe sie an.
Fehler in Zeile 5Der Äquivalenzpunkt ist bei 20,0 mL nach dem 1:1-Verhältnis erreicht. Bei etwa 25 °C liegt der pH-Wert dieser starken Säure mit starker Base näherungsweise bei 7; die Indikatorwahl bestimmt nur den beobachteten Endpunkt.
Lückentext
Wähl in jeder Lücke das passende Wort und prüf dann deine Antworten.
Bei einer starken Säure mit starker Base liegt der Äquivalenzpunkt bei etwa 25 °C ungefähr bei pH . Mit schwacher Säure und starker Base liegt er im Bereich. pH 7 bezeichnet den .
Karteikasten
Erst selbst überlegen, dann umdrehen.
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