Vitamin C als Pulver
AFB I–IIEin Vitamin-C-Präparat enthält Ascorbinsäure (\(\ce{C6H8O6}\), M = 176,12 g/mol) und einen neutralen Füllstoff. 0,600 g Pulver werden in 50,0 mL Wasser gelöst und mit Natronlauge (\(c = 0{,}10\) mol/L) titriert. Ascorbinsäure verhält sich dabei wie eine einprotonige Säure.
| V(NaOH) in mL | 0 | 4,0 | 8,0 | 12,3 | 16,0 | 20,0 | 23,0 | 24,0 | 24,4 | 24,8 | 25,2 | 27,0 | 30,0 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| pH | 2,75 | 3,48 | 3,86 | 4,17 | 4,44 | 4,81 | 5,33 | 5,77 | 6,26 | 10,43 | 10,90 | 11,49 | 11,83 |
- Bestimmen Sie aus den Messwerten das Volumen am Äquivalenzpunkt und den pKs-Wert der Ascorbinsäure.
- Berechnen Sie den Massenanteil der Ascorbinsäure im Pulver.
- Berechnen Sie den pH-Wert am Äquivalenzpunkt.
- Leiten Sie her, warum am Halbäquivalenzpunkt pH = pKs gilt.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
\(V_\text{ÄP} \approx 24{,}6\) mL (Mitte zwischen 24,4 und 24,8 mL). HÄP bei 12,3 mL: pH = pKs = 4,17.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
\(n = 0{,}10\,\text{mol/L} \cdot 24{,}6\,\text{mL} = 2{,}46\) mmol; \(m = 2{,}46\,\text{mmol} \cdot 176{,}12\,\text{g/mol} = 0{,}433\) g; \(w = 0{,}433\,\text{g} : 0{,}600\,\text{g} = 72\,\%\).
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
\(c(\ce{A-}) = 2{,}46\,\text{mmol} : 74{,}6\,\text{mL} = 0{,}033\) mol/L; pKb = 14 − 4,17 = 9,83; pOH = ½(9,83 + 1,48) = 5,66; pH = 8,34 — passt zur Mitte des Sprungs (6,3 … 10,4).
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
\(\ce{HA + H2O <=> H3O+ + A-}\); \(K_\text{S} = c(\ce{H3O+}) \cdot c(\ce{A-}) / c(\ce{HA})\). Am HÄP ist die Hälfte von HA zu A⁻ umgesetzt: \(c(\ce{HA}) = c(\ce{A-})\), also \(K_\text{S} = c(\ce{H3O+})\) und nach Logarithmieren pH = pKs.
Welche Säure ist im Fläschchen?
AFB II–IIIIm Chemikalienschrank steht ein Fläschchen mit einer weißen, kristallinen Monocarbonsäure, das Etikett ist unleserlich. In Frage kommen vier Säuren (Tabelle). 0,300 g der Substanz werden in 50,0 mL Wasser gelöst und mit Natronlauge (\(c = 0{,}100\) mol/L) titriert. Der Äquivalenzpunkt liegt bei 22,0 mL, bei 11,0 mL misst man pH = 4,31.
| Säure | M in g/mol | pKs |
|---|---|---|
| Sorbinsäure | 112,13 | 4,76 |
| Benzoesäure | 122,12 | 4,20 |
| Salicylsäure | 138,12 | 2,97 |
| Phenylessigsäure | 136,15 | 4,31 |
- Ermitteln Sie die molare Masse der Säure aus dem Titrationsergebnis.
- Begründen Sie, um welche Säure es sich handelt, und nutzen Sie dafür beide Messgrößen.
- Berechnen Sie den pH-Wert am Äquivalenzpunkt.
- Beurteilen Sie, ob sich Salicylsäure mit derselben Methode ebenso sicher identifizieren ließe.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
\(n = 0{,}100\,\text{mol/L} \cdot 22{,}0\,\text{mL} = 2{,}20\) mmol; \(M = 300\,\text{mg} : 2{,}20\,\text{mmol} = 136\) g/mol.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
M = 136 g/mol passt zu Salicylsäure (138) und Phenylessigsäure (136). Bei 11,0 mL = ½ V(ÄP) liegt der HÄP, dort gilt pH = pKs = 4,31 → Phenylessigsäure. Salicylsäure hätte am HÄP einen pH-Wert um 3.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
\(c(\ce{A-}) = 2{,}20\,\text{mmol} : 72{,}0\,\text{mL} = 0{,}0306\) mol/L; pKb = 14 − 4,31 = 9,69; pOH = ½(9,69 + 1,51) = 5,60; pH = 8,40.
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
Grundsätzlich ja: Die molare Masse grenzt auf zwei Säuren ein, der pH am HÄP trennt sie. Einschränkung: Salicylsäure (pKs 2,97) ist relativ stark und am HÄP merklich protolysiert, c(HA) und c(A⁻) sind nicht mehr genau gleich — die exakte Rechnung ergibt pH ≈ 3,02, also leicht über dem pKs. Bei noch stärkeren Säuren oder kleineren Konzentrationen wächst diese Abweichung, und der kleinere Sprung erschwert die ÄP-Bestimmung. Zur Unterscheidung von Phenylessigsäure (Differenz über 1 pH-Einheit) reicht die Methode sicher aus; ein Schmelzpunkt könnte das Ergebnis zusätzlich absichern.