Wasserstoffperoxid im Bleichmittel
AFB I–IIEin Haarbleichmittel trägt die Aufschrift „12 % Wasserstoffperoxid“. Zur Überprüfung werden \(2{,}00\,\mathrm{mL}\) des Mittels auf \(100{,}0\,\mathrm{mL}\) verdünnt (1 : 50). Je \(10{,}0\,\mathrm{mL}\) dieser Lösung werden mit verdünnter Schwefelsäure angesäuert und mit Kaliumpermanganat-Lösung (\(c = 0{,}0200\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\)) titriert (M1).
| Titration | 1 | 2 | 3 |
|---|---|---|---|
| Verbrauch \(V(\ce{MnO4-})\) in mL | 14,15 | 14,05 | 14,10 |
| Größe | Wert |
|---|---|
| \(M(\ce{H2O2})\) | \(34{,}01\,\mathrm{g\,mol^{-1}}\) |
| Dichte des Bleichmittels | \(1{,}04\,\mathrm{g\,mL^{-1}}\) |
- Beschreiben Sie, woran der Endpunkt dieser Titration erkannt wird und warum kein Indikator nötig ist.
- Formulieren Sie die Redoxgleichung der Titrationsreaktion mit Teilgleichungen.
- Berechnen Sie die Stoffmengenkonzentration und die Massenkonzentration \(\beta\) (in \(\mathrm{g\,L^{-1}}\)) an Wasserstoffperoxid im unverdünnten Bleichmittel.
- Überprüfen Sie die Angabe „12 %“ (Massenanteil) auf der Verpackung.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Permanganat-Lösung ist violett, \(\ce{Mn^2+}\)-Ionen sind fast farblos. Solange noch \(\ce{H2O2}\) vorliegt, wird jeder Tropfen sofort entfärbt. Der erste Tropfen im Überschuss färbt die Lösung bleibend schwach rosa (etwa eine halbe Minute) — die Maßlösung zeigt ihren Endpunkt selbst an (Selbstindikation).
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Ox.: \(\ce{H2O2 + 2 H2O -> O2 + 2 H3O+ + 2 e-}\) \(|\cdot 5\); Red.: \(\ce{MnO4- + 8 H3O+ + 5 e- -> Mn^2+ + 12 H2O}\) \(|\cdot 2\)
\(\ce{2 MnO4- + 5 H2O2 + 6 H3O+}\) \(\ce{-> 2 Mn^2+ + 5 O2 + 14 H2O}\)
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
\(\bar V = 14{,}10\,\mathrm{mL}\); \(n(\ce{MnO4-}) = 0{,}0200\cdot 14{,}10 = 0{,}282\,\mathrm{mmol}\); \(n(\ce{H2O2}) = 0{,}705\,\mathrm{mmol}\) in 10,0 mL → \(c = 0{,}0705\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\) (verdünnt).
Unverdünnt: \(c = 50\cdot 0{,}0705 = 3{,}53\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\); \(\beta = 3{,}53\cdot 34{,}01 \approx 120\,\mathrm{g\,L^{-1}}\).
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
\(w = 120\,\mathrm{g} / 1040\,\mathrm{g} \approx 0{,}115 = 11{,}5\,\%\). Die Abweichung zur Angabe 12 % beträgt etwa 4 % des Werts; sie liegt im Rahmen der Messgenauigkeit (Ablesen ±0,05 mL, Pipetten) bzw. lässt sich durch den langsamen Zerfall von \(\ce{H2O2}\) beim Lagern erklären. Die Angabe ist damit weitgehend bestätigt; verwechselt man Massen- und Massenkonzentration (120 g/L ≈ 12 %), ergibt sich scheinbar exakte Übereinstimmung.
Oxalsäure im Rhabarber
AFB II–IIIRhabarber enthält Oxalsäure \(\ce{H2C2O4}\). Aus \(50{,}0\,\mathrm{g}\) Rhabarberstielen wird das Oxalat als Calciumoxalat gefällt, abfiltriert, in verdünnter Schwefelsäure gelöst und auf \(100\,\mathrm{mL}\) aufgefüllt. \(20{,}0\,\mathrm{mL}\) davon werden auf etwa 60 °C erwärmt und mit Kaliumpermanganat-Lösung (\(c = 0{,}0200\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\)) titriert; Verbrauch: \(7{,}20\,\mathrm{mL}\). In einem Vorversuch wurde gemessen, wie lange es dauert, bis sich jeweils 1,0 mL Maßlösung entfärbt (M3). \(M(\ce{H2C2O4}) = 90{,}03\,\mathrm{g\,mol^{-1}}\).
- Entwickeln Sie die Redoxgleichung für die Reaktion von Oxalsäure mit Permanganat-Ionen in saurer Lösung (Produkte: \(\ce{CO2}\), \(\ce{Mn^2+}\)).
- Interpretieren Sie den Verlauf in M3.
- Ermitteln Sie den Massenanteil an Oxalsäure im Rhabarber.
- Beurteilen Sie den Küchentipp, Rhabarberkuchen mit Sahne oder Quark zu essen, damit „weniger Oxalsäure in den Körper gelangt“.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Ox.: \(\ce{H2C2O4 + 2 H2O -> 2 CO2 + 2 H3O+ + 2 e-}\) \(|\cdot 5\); Red.: \(\ce{MnO4- + 8 H3O+ + 5 e- -> Mn^2+ + 12 H2O}\) \(|\cdot 2\)
\(\ce{2 MnO4- + 5 H2C2O4 + 6 H3O+}\) \(\ce{-> 2 Mn^2+ + 10 CO2 + 14 H2O}\)
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Die ersten Portionen brauchen trotz 60 °C lange (40 s, 26 s), ab der dritten bis vierten Portion entfärbt sich die Lösung fast sofort. Da sich Temperatur und Konzentrationen kaum ändern, muss ein entstehender Stoff die Reaktion beschleunigen: Die gebildeten \(\ce{Mn^2+}\)-Ionen wirken als Katalysator (Autokatalyse) — sie ermöglichen einen Reaktionsweg mit geringerer Aktivierungsenergie. Für die Titration heißt das: anfangs langsam zutropfen, am Ende auf bleibende Rosafärbung achten.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
\(n(\ce{MnO4-}) = 0{,}0200\cdot 7{,}20 = 0{,}144\,\mathrm{mmol}\); \(n(\ce{H2C2O4}) = 0{,}360\,\mathrm{mmol}\) in 20,0 mL → \(1{,}80\,\mathrm{mmol}\) in 100 mL (= in 50,0 g Rhabarber).
\(m = 1{,}80\,\mathrm{mmol}\cdot 90{,}03\,\mathrm{mg\,mmol^{-1}} = 162\,\mathrm{mg}\); \(w = 0{,}162\,\mathrm{g}/50{,}0\,\mathrm{g} \approx 0{,}32\,\%\).
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
Calcium-Ionen aus Sahne/Quark bilden mit Oxalat schon im Verdauungstrakt schwer lösliches Calciumoxalat, das kaum aufgenommen und ausgeschieden wird. Der Tipp ist daher chemisch sinnvoll. Einschränkungen: Die Oxalsäuremenge im Kuchen ändert sich nicht, die Bindung ist nicht vollständig, und bei hohem Oxalatgehalt bleibt Zurückhaltung sinnvoll (z. B. bei Neigung zu Nierensteinen aus Calciumoxalat). Urteil: sinnvolle, aber keine vollständige Maßnahme.