Eisentabletten, Oxalsäure und Messfehler: Permanganometrie vom Rechnen bis zum Planen.
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Übungsaufgaben
Zehn Übungen zum Klicken, Zuordnen, Rechnen und Knobeln — von AFB I bis AFB III, mit einer Mix-Aufgabe aus früheren Unterkapiteln und einer Trickaufgabe. Jede Übung gibt sofort Rückmeldung; bei Schwierigkeiten helfen die gestuften Tipps.
A1
Was gehört zu einer korrekten Permanganometrie?
AFB I
Nennen Sie alle Bedingungen, die für eine korrekte permanganometrische Bestimmung erfüllt sein müssen.
Mehrere Antworten sind richtig. Markieren Sie alle zutreffenden und klicken Sie dann auf „Prüfen“.
Permanganat ist sein eigener Indikator. Salzsäure ist ungeeignet, weil Chlorid-Ionen mitoxidiert würden; ein brauner Niederschlag (\(\ce{MnO2}\)) zeigt zu wenig Säure an — dann stimmt das Stoffmengenverhältnis nicht mehr.
Denken Sie an Säure, Ablesen und Endpunkt.
Drei Aussagen sind richtig.
A2
Was sehen Sie im Kolben?
AFB I
Ordnen Sie die Beobachtungen bei einer Permanganometrie ein.
Ziehen Sie jede Karte in den passenden Korb — oder wählen Sie sie mit Enter aus und drücken Sie dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).
1vor dem Endpunkt
2Endpunkt erreicht
3Hinweis auf einen Fehler
Kräftiges Violett bedeutet: deutlich übertitriert. Brauner Niederschlag (\(\ce{MnO2}\)): zu wenig Säure. Das zögernde Entfärben bei Oxalsäure ist normal — die Reaktion ist zu Beginn langsam.
Der Endpunkt ist der erste bleibende Farbumschlag.
Zwei Beobachtungen zeigen einen Fehler an.
A3
Vom Volumen zur Stoffmenge
AFB I
Titriert wird mit Kaliumpermanganat-Lösung, \(c(\ce{MnO4-}) = 0{,}0200\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\). Berechnen Sie jeweils die verbrauchte Stoffmenge \(n(\ce{MnO4-})\) in mmol.
Füllen Sie alle Felder aus und prüfen Sie dann. Enter in einem Feld prüft ebenfalls. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
Verbrauch V
\(n(\ce{MnO4-})\) in mmol
\(12{,}35\,\mathrm{mL}\)
\(8{,}80\,\mathrm{mL}\)
\(15{,}05\,\mathrm{mL}\)
\(n = c\cdot V\): \(0{,}0200\,\mathrm{mmol\,mL^{-1}}\cdot 12{,}35\,\mathrm{mL} = 0{,}247\,\mathrm{mmol}\). Praktisch: mol/L ist dasselbe wie mmol/mL — so spart man die Umrechnung in Liter.
Eine Eisen(II)-Tablette wird in verdünnter Schwefelsäure gelöst und auf \(100\,\mathrm{mL}\) aufgefüllt. \(25{,}0\,\mathrm{mL}\) davon verbrauchen \(4{,}48\,\mathrm{mL}\) Permanganat-Lösung (\(0{,}0200\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\)). Ermitteln Sie die Masse an Eisen(II) in der Tablette (\(M(\ce{Fe}) = 55{,}85\,\mathrm{g\,mol^{-1}}\)).
Rechnen Sie die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt, negative Werte mit Minuszeichen.
\(n(\ce{MnO4-})\)mmol
\(n(\ce{Fe^2+})\) in 25,0 mLmmol
\(n(\ce{Fe^2+})\) in der Tablettemmol
\(m(\ce{Fe^2+})\)mg
\(n(\ce{MnO4-}) = 0{,}0200\cdot 4{,}48 = 0{,}0896\,\mathrm{mmol}\); \(n(\ce{Fe^2+}) = 5\cdot 0{,}0896 = 0{,}448\,\mathrm{mmol}\); titriert wurde ein Viertel, also \(1{,}792\,\mathrm{mmol}\); \(m = 1{,}792\,\mathrm{mmol}\cdot 55{,}85\,\mathrm{mg\,mmol^{-1}} \approx 100\,\mathrm{mg}\) — passt zur Packungsangabe.
Verhältnis aus der Redoxgleichung: n(Fe²⁺) = 5 · n(MnO₄⁻).
Vergessen Sie nicht den Faktor 100 mL : 25 mL.
A5
Oxalsäure als Elektronendonator
AFB II
Stellen Sie die Teilgleichung der Oxidation von Oxalsäure \(\ce{H2C2O4}\) zu Kohlenstoffdioxid in saurer Lösung auf.
Klicken Sie die Bausteine in der richtigen Reihenfolge an — sie wandern nacheinander in die Plätze. Ein Klick auf einen belegten Platz gibt den Baustein zurück.
C: +III → +IV, zwei C-Atome: 2 Elektronen. Ladung mit 2 \(\ce{H3O+}\) ausgleichen, dann 2 \(\ce{H2O}\) links. Mit der Permanganat-Reduktion (5 e⁻) ergibt sich \(n(\ce{H2C2O4}) = \tfrac{5}{2}\cdot n(\ce{MnO4-})\).
Bestimmen Sie die OZ von C in Oxalsäure und in CO₂.
Zwei C-Atome geben je ein Elektron ab.
A6
Warum erst langsam, dann schnell?
MixAFB II
Bei der Titration von Oxalsäure entfärben sich die ersten Permanganat-Tropfen nur zögernd, später sofort. Erklären Sie die Beobachtung, indem Sie den Lückentext vervollständigen — vier Wörter bleiben übrig.
Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt) — mit Tab und Enter geht es genauso. Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.
Zu Beginn reagiert Permanganat mit Oxalsäure nur . Man erwärmt deshalb auf etwa 60 °C, denn dann besitzen mehr Teilchen die nötige . Sobald sich einige Mn²⁺-Ionen gebildet haben, läuft die Reaktion deutlich ab: Die Mn²⁺-Ionen wirken als — das Produkt beschleunigt seine eigene Bildung.
Übrig bleiben „sofort“, „Gitterenthalpie“, „Indikator“ und „langsamer“. Temperatur und Katalyse kennen Sie aus Kapitel 1 und 2: Beide erhöhen den Anteil wirksamer Stöße. Weil das Produkt selbst katalysiert, spricht man von Autokatalyse.
Denken Sie an die Stoßtheorie aus Kapitel 2.
Welche Rolle kann ein Reaktionsprodukt übernehmen?
A7
Fehlerquellen
AFB II
Bei der Bestimmung von Eisen(II) passieren Fehler. Beurteilen Sie, wie sich jeder Fehler auf die berechnete Eisen-Konzentration auswirkt (auch „kein Einfluss“ ist möglich: dann kein Kreuz).
Setzen Sie in jeder Zeile so viele Kreuze, wie zutreffen — es können mehrere, eines oder keines sein. Enter setzt und löscht.
Fehler
Ergebnis zu groß
Ergebnis zu klein
Die Bürette wurde nach dem Spülen mit Wasser nicht mit Maßlösung vorgespült.
Es wurde über den Endpunkt hinaus titriert.
Die Probe im Kolben wurde mit dest. Wasser verdünnt.
Anfangs- und Endstand wurden beide am oberen Rand abgelesen.
Eine Luftblase in der Bürettenspitze entweicht während der Titration.
Ein Teil der Eisen(II)-Ionen wurde vorher vom Luftsauerstoff oxidiert.
Wasserreste verdünnen die Maßlösung → mehr Volumen nötig. Die Luftblase täuscht Verbrauch vor. Verdünnen der Probe ändert die Stoffmenge nicht; gleiches Ablesen hebt sich in der Differenz auf. Bereits oxidiertes \(\ce{Fe^3+}\) wird nicht mehr erfasst → zu wenig Eisen(II).
Fragen Sie jeweils: Wird mehr oder weniger Maßlösung abgelesen als nötig?
Zwei Zeilen bleiben ohne Kreuz.
A8
Verbrauch vorab abschätzen
AFB III
Zum Einstellen einer Permanganat-Lösung werden \(0{,}392\,\mathrm{g}\) Mohrsches Salz \(\ce{(NH4)2Fe(SO4)2*6H2O}\) (\(M = 392{,}1\,\mathrm{g\,mol^{-1}}\)) gelöst und angesäuert. Schätzen Sie ab, wie viel Permanganat-Lösung (\(0{,}0200\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\)) verbraucht wird — so wählt man die passende Bürette.
Schieben Sie den Regler auf Ihre Antwort — Pfeiltasten bewegen ihn schrittweise. Nach dem Prüfen sehen Sie den Trefferbereich.
0 mL30 mL
\(n(\ce{Fe^2+}) = 0{,}392/392{,}1 = 1{,}00\,\mathrm{mmol}\); \(n(\ce{MnO4-}) = 0{,}200\,\mathrm{mmol}\); \(V = 0{,}200/0{,}0200 = 10{,}0\,\mathrm{mL}\). Ammonium- und Sulfat-Ionen reagieren nicht mit Permanganat.
Eine Formeleinheit enthält ein Fe²⁺-Ion.
n(MnO₄⁻) = n(Fe²⁺) : 5, dann V = n : c.
A9
Arbeitsplan: Bleichmittel untersuchen
AFB III
Der Gehalt an Wasserstoffperoxid in einem Bleichmittel soll bestimmt werden. Planen Sie den Versuch: Bringen Sie die Arbeitsschritte in eine sinnvolle Reihenfolge.
Ziehen Sie die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt, Shift+↑/↓ wechselt nur den Fokus.
15,00 mL Bleichmittel in einen 100-mL-Messkolben pipettieren und bis zur Marke auffüllen
210,0 mL der verdünnten Lösung in einen Erlenmeyerkolben pipettieren
3etwa 10 mL verdünnte Schwefelsäure zugeben
4Bürette mit Permanganat-Lösung spülen, füllen und den Anfangsstand am oberen Rand ablesen
5unter Umschwenken zutropfen, bis die schwache Rosafärbung bestehen bleibt
6Endstand ablesen und Verbrauch berechnen
7Titration zweimal wiederholen und den Mittelwert bilden
Erst verdünnen (sonst wäre der Verbrauch viel zu groß), dann die Teilprobe ansäuern. Bürette kann auch vorher vorbereitet werden — entscheidend ist, dass vor dem Titrieren abgelesen wird. Mehrfachbestimmung erhöht die Zuverlässigkeit.
Zuerst die Probe vorbereiten, dann titrieren, dann auswerten.
Angesäuert wird die Teilprobe im Erlenmeyerkolben.
A10
Trickaufgabe: Oxalsäure-Lösung
TrickAFB III
\(10{,}0\,\mathrm{mL}\) einer Oxalsäure-Lösung verbrauchen \(16{,}00\,\mathrm{mL}\) Permanganat-Lösung (\(0{,}0200\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\)). Reaktion: \(\ce{2 MnO4- + 5 H2C2O4 + 6 H3O+ -> 2 Mn^2+ + 10 CO2 + 14 H2O}\). Bestimmen Sie die Konzentration der Oxalsäure.
Rechnen Sie selbst und tragen Sie das Ergebnis ein — Enter prüft direkt. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
\(\mathrm{mol\,L^{-1}}\)
\(n(\ce{MnO4-}) = 0{,}320\,\mathrm{mmol}\); \(n(\ce{H2C2O4}) = \tfrac{5}{2}\cdot 0{,}320 = 0{,}800\,\mathrm{mmol}\); \(c = 0{,}800/10{,}0 = 0{,}0800\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\). Die Falle: Wer aus Gewohnheit mit 5 : 1 wie bei Eisen(II) rechnet, erhält das Doppelte (0,160).
Lesen Sie das Verhältnis aus der Gleichung ab — nicht aus dem Gedächtnis.
