Milchsäure in Sauermolke
AFB I–IIZur Qualitätskontrolle wird die Milchsäure (\(\ce{CH3CH(OH)COOH}\), pKs = 3,86, M = 90,08 g/mol) einer Molkeprobe bestimmt. 10,0 mL Probe werden mit Wasser verdünnt und mit Natronlauge (\(c = 0{,}10\) mol/L) unter pH-Messung titriert.
| V(NaOH) in mL | 0 | 2,0 | 4,0 | 6,0 | 8,0 | 10,0 | 11,0 | 11,5 | 11,9 | 12,1 | 12,5 | 14,0 | 16,0 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| pH | 2,4 | 3,2 | 3,6 | 3,9 | 4,2 | 4,6 | 4,9 | 5,2 | 5,9 | 10,7 | 11,4 | 11,9 | 12,2 |
- Beschreiben Sie den Verlauf der Titrationskurve anhand der Messwerte.
- Bestimmen Sie das Volumen am Äquivalenzpunkt und berechnen Sie die Massenkonzentration der Milchsäure in g/L.
- Vergleichen Sie die Kurve mit der einer Salzsäure gleicher Konzentration und gleichen Volumens.
- Erklären Sie, warum der Äquivalenzpunkt der Milchsäure-Titration im alkalischen Bereich liegt.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Start bei pH 2,4; zunächst Anstieg, dann flacher Bereich zwischen etwa 3 und 5; zwischen 11,9 und 12,1 mL steiler Sprung von pH 5,9 auf 10,7; danach flacher Verlauf im stark Alkalischen um pH 12.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
\(V_\text{ÄP} \approx 12{,}0\) mL. \(n = 0{,}10\,\text{mol/L} \cdot 12{,}0\,\text{mL} = 1{,}20\) mmol; \(c = 1{,}20\,\text{mmol} : 10{,}0\,\text{mL} = 0{,}120\) mol/L; \(\beta = 0{,}120\,\text{mol/L} \cdot 90{,}08\,\text{g/mol} = 10{,}8\) g/L.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Salzsäure: Anfangs-pH 0,9 statt 2,4, kein flacher Anstieg im Mittelteil (bleibt nahe pH 1–2), großer Sprung von etwa pH 3 bis 11 mit ÄP bei pH 7. Milchsäure: kleinerer Sprung, ÄP im Alkalischen. Gleich: ÄP bei 12,0 mL und Verlauf nach dem ÄP.
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
Am ÄP liegt Natriumlactat vor. Das Lactat-Ion ist die korrespondierende Base der schwachen Milchsäure und reagiert mit Wasser: \(\ce{C3H5O3- + H2O <=> C3H6O3 + OH-}\). Na⁺ reagiert nicht. Es entstehen OH⁻-Ionen, die Lösung ist alkalisch.
Phosphorsäure in Cola
AFB II–IIICola-Getränke enthalten Phosphorsäure (\(\ce{H3PO4}\), M = 97,99 g/mol; pKs₁ = 2,16, pKs₂ = 7,21, pKs₃ = 12,32). 100,0 mL Cola werden durch Erhitzen von Kohlenstoffdioxid befreit, abgekühlt und mit Natronlauge (\(c = 0{,}10\) mol/L) titriert. Die Titrationskurve zeigt zwei pH-Sprünge: bei 5,6 mL (um pH 4,7) und bei 11,4 mL (um pH 9,7).
- Erklären Sie das Auftreten von zwei pH-Sprüngen mit Reaktionsgleichungen.
- Berechnen Sie aus dem ersten Äquivalenzpunkt die Massenkonzentration der Phosphorsäure in g/L.
- Begründen Sie, warum kein dritter pH-Sprung auftritt.
- Beurteilen Sie das Ergebnis, indem Sie die Abstände der beiden Äquivalenzpunkte vergleichen, und diskutieren Sie mögliche Ursachen einer Abweichung.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
1. Sprung: \(\ce{H3PO4 + OH- -> H2PO4- + H2O}\) ist abgeschlossen. 2. Sprung: \(\ce{H2PO4- + OH- -> HPO4^2- + H2O}\) ist abgeschlossen. Die pKs-Werte liegen weit auseinander, deshalb laufen die Stufen nacheinander ab.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
\(n(\ce{H3PO4}) = 0{,}10\,\text{mol/L} \cdot 5{,}6\,\text{mL} = 0{,}56\) mmol; \(m = 0{,}56\,\text{mmol} \cdot 97{,}99\,\text{g/mol} = 55\) mg in 100 mL → \(\beta = 0{,}55\) g/L.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
HPO₄²⁻ ist mit pKs₃ = 12,32 eine extrem schwache Säure. Ihr Äquivalenzpunkt läge bei pH > 12 — dort ist die Lösung durch die zugegebene Natronlauge (pH der Maßlösung: 13) selbst schon stark alkalisch. Der pH-Wert steigt deshalb nur allmählich, ein Sprung ist in wässriger Lösung nicht erkennbar.
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
Ideal: zweiter ÄP bei 2 · 5,6 = 11,2 mL. Gemessen 11,4 mL — 0,2 mL mehr Lauge im zweiten Abschnitt. Ursachen: Reste von CO₂ (Kohlensäure wird zwischen pH 5 und 9 mittitriert), weitere schwache Säuren in der Cola (z. B. Citronensäure), Ablesefehler. Für die Auswertung ist der erste ÄP daher zuverlässiger; die Abweichung ist klein (≈ 2 %), das Ergebnis plausibel.