Welcher Farbstoff schlägt im richtigen Moment um? Zehn Übungen zur Indikatorwahl.
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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
Welche Farbe zeigt sich?
AFB I
Die Tabelle gilt für alle Aufgaben dieser Seite.
Indikator
Umschlagsbereich (pH)
Farbe sauer → basisch
Methylorange
3,1 – 4,4
rot → gelborange
Bromkresolgrün
3,8 – 5,4
gelb → blau
Methylrot
4,4 – 6,2
rot → gelb
Lackmus
5,0 – 8,0
rot → blau
Bromthymolblau
6,0 – 7,6
gelb → blau
Thymolblau (2. Umschlag)
8,0 – 9,6
gelb → blau
Phenolphthalein
8,2 – 10,0
farblos → pink
Thymolphthalein
9,3 – 10,5
farblos → blau
Ordnen Sie jeder Situation die Farbe der Lösung zu.
Klicken Sie links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.
Unterhalb des Umschlagsbereichs zeigt ein Indikator seine saure, oberhalb seine basische Farbe, innerhalb eine Mischfarbe — Gelb und Blau ergeben beim Bromthymolblau Grün.
Liegt der pH-Wert unterhalb, innerhalb oder oberhalb des Umschlagsbereichs?
Bromthymolblau bei pH 6,8 liegt mitten im Bereich.
A2
Was ist ein Indikator?
AFB I
Nennen Sie alle zutreffenden Aussagen über Säure-Base-Indikatoren.
Mehrere Antworten sind richtig. Markieren Sie alle zutreffenden und klicken Sie dann auf „Prüfen“.
Universalindikator zeigt viele Farbstufen, aber keinen scharfen Umschlag — der Endpunkt ist schlecht erkennbar. Jeder Indikator hat seinen eigenen Umschlagsbereich.
Denken Sie an das Gleichgewicht HInd + H₂O ⇌ H₃O⁺ + Ind⁻.
Vier Aussagen sind richtig.
A3
Der pKS eines Indikators
AFB I
Geben Sie mithilfe der Tabelle aus A1 den ungefähren \(\mathrm{p}K_S\)-Wert von Bromkresolgrün an.
Rechnen Sie selbst und tragen Sie das Ergebnis ein — Enter prüft direkt. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
Der Umschlagsbereich liegt etwa symmetrisch um \(\mathrm{p}K_S(\ce{HInd})\): \((3{,}8 + 5{,}4)/2 = 4{,}6\). Bei diesem pH-Wert gilt \(c(\ce{HInd}) = c(\ce{Ind-})\).
Umschlagsbereich ≈ pKS ± 1.
Nehmen Sie die Mitte des Bereichs.
A4
Indikatoren für Propansäure
AFB II
Bei der Titration von Propansäure (0,1 mol/L) mit Natronlauge (0,1 mol/L) reicht der pH-Sprung von 6,9 bis 10,7. Ordnen Sie die Indikatoren 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).
1geeignet
2ungeeignet
Der Umschlagsbereich muss vollständig im Sprung liegen. Bromthymolblau (ab 6,0) und Lackmus (ab 5,0) beginnen schon vor dem Sprung umzuschlagen — der Farbwechsel zieht sich über viele Milliliter und der Endpunkt käme zu früh.
Vergleichen Sie beide Grenzen des Umschlagsbereichs mit 6,9 und 10,7.
Drei Indikatoren sind geeignet.
A5
Der Farbwechsel im Gleichgewicht
MixAFB II
Erklären Sie den Farbwechsel von Phenolphthalein bei der Titration einer Säure mit Natronlauge mithilfe des Prinzips von Le Chatelier — zwei 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.
Im Gleichgewicht HInd + H₂O ⇌ H₃O⁺ + Ind⁻ liegen in der sauren Probelösung viele vor; das Gleichgewicht liegt weit , die Lösung ist . Die zugetropften Hydroxid-Ionen neutralisieren die Oxonium-Ionen, diese werden also . Das Gleichgewicht verschiebt sich nach , bis Ind⁻ überwiegt und die Lösung wird.
„Katalysator“ und „erwärmt“ bleiben übrig. Das Indikatorgleichgewicht reagiert wie jedes Gleichgewicht auf den Entzug eines Produkts (Kapitel 2) — die Farbe zeigt, auf welcher Seite es liegt.
Welches Teilchen im Indikatorgleichgewicht wird durch OH⁻ entfernt?
Phenolphthalein: HInd farblos, Ind⁻ pink.
A6
Vom sauren zum basischen Umschlag
AFB II
Vergleichen Sie die Umschlagsbereiche und ordnen Sie die Indikatoren nach steigendem \(\mathrm{p}K_S(\ce{HInd})\) — der kleinste nach oben.
Ziehen Sie die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt, Shift+↑/↓ wechselt nur den Fokus.
1Methylorange
2Bromkresolgrün
3Methylrot
4Bromthymolblau
5Thymolblau (2. Umschlag)
6Thymolphthalein
Mitten der Bereiche: 3,8; 4,6; 5,3; 6,8; 8,8; 9,9. Je weiter rechts der Umschlag liegt, desto schwächer ist die Indikatorsäure.
Der pKS liegt in der Mitte des Umschlagsbereichs.
Bromkresolgrün und Methylrot überlappen — vergleichen Sie die Mitten.
A7
Wie groß ist der Titrierfehler?
AFB II
20,0 mL Salpetersäure (\(c = 0{,}010\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\)) werden mit Natronlauge (\(c = 0{,}010\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\)) titriert; als Indikator dient Methylorange, der Endpunkt wird bei pH 4,4 (Farbe vollständig gelborange) erkannt. Bestimmen Sie den Titrierfehler (Gesamtvolumen am Endpunkt ≈ 40 mL).
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.
\(c(\ce{H3O+})\) bei pH 4,4: \(a\cdot10^{-5}\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\), Faktor \(a\)
noch nicht neutralisierte Säure \(n\)µmol
relativer Fehler (zu wenig Lauge)%
\(c(\ce{H3O+}) = 10^{-4{,}4} = 3{,}98\cdot10^{-5}\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\); in 40 mL: \(n = 1{,}59\,\mathrm{\mu mol}\). Vorgelegt waren \(200\,\mathrm{\mu mol}\): Fehler \(1{,}59/200 = 0{,}8\,\%\) — der Endpunkt kommt zu früh. Bei 0,1-molaren Lösungen wäre der Fehler zehnmal kleiner, bei 0,001-molaren zehnmal größer.
\(c(\ce{H3O+}) = 10^{-\mathrm{pH}}\), dann \(n = c\cdot V\).
Sprungbereiche (±1 % um den ÄP): Methansäure/NaOH 5,8–10,7; Ammoniak/HCl 7,3–3,3; Salpetersäure/NaOH (je 0,01 mol/L) 4,3–9,7. Beurteilen Sie die Eignung der Indikatoren.
Wählen Sie für jede Zeile eine Stufe: 1 = ungeeignet, 2 = kaum geeignet, 3 = bedingt geeignet, 4 = geeignet, 5 = gut geeignet. Mit der Tastatur: Tab zur Zeile, ←/→ zwischen den Stufen, Enter setzt.
1 = ungeeignet5 = gut geeignet
Phenolphthalein für Methansäure/NaOH
Methylrot für Ammoniak/HCl
Methylorange für Ammoniak/HCl
Thymolphthalein für Salpetersäure/NaOH (0,01 mol/L)
Bromthymolblau für Salpetersäure/NaOH (0,01 mol/L)
Methylorange beginnt bei 3,1 und endet bei 4,4 — der untere Rand liegt knapp außerhalb des Sprungs (3,3), der Fehler bleibt aber klein: bedingt geeignet. Thymolphthalein schlägt erst bei 9,3–10,5 um und liegt damit teilweise außerhalb des Sprungs der verdünnten Salpetersäure (bis 9,7).
Liegt der gesamte Umschlagsbereich im Sprung? Wenn nicht: wie weit daneben?
Beachten Sie die Richtung beim Ammoniak: Die Kurve fällt.
A9
Trickaufgabe: Gibt es einen passenden Indikator?
TrickAFB III
Entscheiden Sie für jede Titration (alle Lösungen 0,1 mol/L, Sprungbereiche in Klammern), welcher der drei Indikatoren geeignet ist: PP = Phenolphthalein, BTB = Bromthymolblau, TP = Thymolphthalein.
Setzen Sie in jeder Zeile so viele Kreuze, wie zutreffen — es können mehrere, eines oder keines sein. Enter setzt und löscht.
Titration
PP
BTB
TP
Methansäure mit NaOH (5,8–10,7)
Ammoniak mit HCl (7,3–3,3)
Salpetersäure mit NaOH (3,3–10,7)
Blausäure HCN (pKS 9,40) mit NaOH (11,0–11,1)
Blausäure ist so schwach, dass praktisch kein pH-Sprung entsteht — kein Indikator kann den ÄP anzeigen, eine Titration mit Farbindikator ist unmöglich. Bei Ammoniak/HCl passen nur Indikatoren im Sauren (z. B. Methylrot), keiner der drei angebotenen.
Prüfen Sie jede Kombination gegen den Sprungbereich.
Zwei Zeilen bleiben leer.
A10
Eine Versuchsanleitung mit Fehlern
AFB III
Eine Anleitung zur Titration von Methansäure mit Natronlauge enthält Fehler. Überprüfen Sie die sechs Sätze.
In diesem Text stecken Fehler. Klicken Sie genau die falschen Zeilen an — die richtigen müssen stehen bleiben.
Der Endpunkt ist ein Farbumschlag, kein Neutralpunkt. Die Indikatorwahl richtet sich nach der Lage des Sprungs.
Vergleichen Sie jeden Indikatorhinweis mit der Tabelle aus A1.
