Vitamin C im Orangensaft
AFB I–IIAuf einem Orangensaft steht „Vitamin C: 40 mg pro 100 mL“. Zur Überprüfung werden je 20,0 mL frisch geöffneter Saft mit etwas Stärkelösung versetzt und mit Iod-Lösung (\(c(\ce{I2}) = 0{,}00500\,\text{mol/L}\)) titriert. Ascorbinsäure (\(\ce{C6H8O6}\), \(M = 176{,}12\,\text{g/mol}\)) wird dabei zu Dehydroascorbinsäure (\(\ce{C6H6O6}\)) oxidiert.
| Titration | 1 | 2 | 3 |
|---|---|---|---|
| V(Iod-Lösung) in mL | 10,6 | 10,4 | 10,5 |
- Formulieren Sie die Teilgleichungen und die Gesamtgleichung der Titrationsreaktion.
- Beschreiben Sie, woran der Endpunkt der Titration erkannt wird.
- Berechnen Sie den Vitamin-C-Gehalt in mg pro 100 mL.
- Beurteilen Sie die Herstellerangabe und nennen Sie eine Fehlerquelle, die zu einem zu niedrigen Ergebnis führt.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Oxidation: \(\ce{C6H8O6 -> C6H6O6 + 2 H+ + 2 e-}\). Reduktion: \(\ce{I2 + 2 e- -> 2 I-}\). Gesamt: \(\ce{C6H8O6 + I2 -> C6H6O6 + 2 H+ + 2 I-}\).
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Solange Ascorbinsäure vorhanden ist, wird zugetropftes Iod sofort zu Iodid reduziert, die Lösung bleibt farblos (bzw. saftfarben). Nach dem Äquivalenzpunkt bildet überschüssiges Iod mit Stärke einen blauen Komplex: Endpunkt = erste bleibende Blaufärbung.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
\(\bar V = 10{,}5\,\text{mL}\); \(n(\ce{I2}) = 0{,}00500\,\text{mol/L} \cdot 10{,}5\,\text{mL}\) \(= 0{,}0525\,\text{mmol} = n(\ce{C6H8O6})\); \(m = 0{,}0525\,\text{mmol} \cdot 176{,}12\,\text{g/mol}\) \(= 9{,}25\,\text{mg}\) in 20,0 mL, also \(46{,}2\,\text{mg}\) pro 100 mL.
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
Der Messwert (≈ 46 mg/100 mL) liegt über der Angabe von 40 mg — die Angabe ist erfüllt; Hersteller geben wegen des Abbaus während der Lagerung Mindestwerte an. Zu niedrig wird das Ergebnis, wenn der Saft lange offen steht (Oxidation durch Luftsauerstoff) oder erwärmt wird. Andere reduzierende Saftinhaltsstoffe könnten den Wert dagegen erhöhen.
Sauerstoff im Baggersee (Winkler)
AFB II–IIIDer Sauerstoffgehalt ist ein wichtiger Kennwert für die Wasserqualität. Die Winkler-Methode bestimmt ihn indirekt über drei Redoxreaktionen. Die Wassertemperatur beträgt 20 °C; bei dieser Temperatur ist Wasser mit etwa 9,1 mg/L Sauerstoff gesättigt. \(M(\ce{O2}) = 32{,}00\,\text{g/mol}\).
- Fixieren (am Gewässer): Probeflasche (V = 100 mL, randvoll) mit Mn²⁺-Lösung und alkalischer Iodid-Lösung versetzen; es bildet sich ein brauner Niederschlag: \(\ce{2 Mn(OH)2 + O2}\) \(\ce{-> 2 MnO(OH)2}\)
- Ansäuern (im Labor): Schwefelsäure zugeben; \(\ce{MnO(OH)2}\) oxidiert Iodid zu Iod.
- Titrieren: Iod mit Natriumthiosulfat-Lösung (c = 0,0100 mol/L) und Stärke titrieren, Verbrauch 10,0 mL: \(\ce{I2 + 2 S2O3^2-}\) \(\ce{-> 2 I- + S4O6^2-}\)
- Bestimmen Sie die Oxidationszahlen von Mangan in \(\ce{Mn(OH)2}\) und \(\ce{MnO(OH)2}\) und erläutern Sie die Rolle von Mangan in Schritt 1 und 2.
- Stellen Sie für Schritt 2 die Redoxgleichung in saurer Lösung mithilfe von Teilgleichungen auf.
- Berechnen Sie die Massenkonzentration an Sauerstoff in mg/L.
- Beurteilen Sie das Ergebnis im Hinblick auf die Wasserqualität und begründen Sie, warum die Probe sofort am Gewässer fixiert und die Flasche luftblasenfrei verschlossen werden muss.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Mn(OH)₂: +II; MnO(OH)₂: +IV. In Schritt 1 wird Mn(II) durch O₂ oxidiert (Reduktionsmittel für O₂), in Schritt 2 wird Mn(IV) durch Iodid wieder zu Mn²⁺ reduziert (Oxidationsmittel). Mangan „überträgt“ die Oxidationskraft des Sauerstoffs auf das Iodid.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Reduktion: \(\ce{MnO(OH)2 + 4 H+ + 2 e-}\) \(\ce{-> Mn^2+ + 3 H2O}\). Oxidation: \(\ce{2 I- -> I2 + 2 e-}\). Gesamt: \(\ce{MnO(OH)2 + 2 I- + 4 H+}\) \(\ce{-> Mn^2+ + I2 + 3 H2O}\).
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
1 O₂ ≙ 2 MnO(OH)₂ ≙ 2 I₂ ≙ 4 S₂O₃²⁻. \(n(\ce{S2O3^2-}) = 0{,}0100\,\text{mol/L} \cdot 10{,}0\,\text{mL}\) \(= 0{,}100\,\text{mmol}\); \(n(\ce{O2}) = 0{,}0250\,\text{mmol}\); \(m = 0{,}800\,\text{mg}\) in 100 mL, also \(\beta(\ce{O2}) = 8{,}0\,\text{mg/L}\).
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
Sättigung: 8,0 / 9,1 ≈ 88 % — gut mit Sauerstoff versorgtes Wasser, für Fische unkritisch. Sofortiges Fixieren bindet den gelösten Sauerstoff als MnO(OH)₂; sonst ändern Atmung, Abbauprozesse oder Temperaturänderung den Gehalt. Eine Luftblase liefert zusätzlichen Sauerstoff, der ebenfalls Mn(OH)₂ oxidiert: Das Ergebnis wäre zu hoch.