Titrationsverfahren

Berechnung der Menge an Calciumcarbonat in Eierschalen

Gegebene Werte
Durch die Versuchsbeschreibung und deinem im Versuch bestimmten Verbrauch an Natriumhydroxid-Lösung sind dir folgende Werte gegeben.

1. Du weißt, dass du zu Beginn des Experiments \(\pu{25 mL}\) Salzsäure-Lösung der Konzentration \(\pu{c = 1 \frac{mol}{L}}\) in das Becherglas gegeben hast.

Vor der Reaktion hast du daher:
\(\pu{V_{HCl} = 0,025 L}\)
\(\pu{c_{HCl} = 1 \frac{mol}{L}}\)

2.  Du titrierst anschließend mit Natriumhydroxid-Lösung der Konzentration \(\pu{c_NaOH = 1 \frac{mol}{L}}\) und hast einen Verbrauch von \(\pu{V_NaOH = 22,5 mL = 0,0225 L}\).

Stoffmenge von \(\ce{H_3O+}\)-Ionen zu Beginn des Experiments

Zuerst berechnest du nun die Stoffmenge an \(\ce{H_3O+}\)-Ionen vor der Reaktion \(\pu{(n_Start)}\):
\(\pu{n_Start = c \cdot V = 1 \frac{mol}{L} \cdot 0,025 L = 0,025 mol}\)

Übrig gebliebene Stoffmenge von \(\ce{H_3O+}\)-Ionen nach der Reaktion

Als nächstes kannst du berechnen, wie groß die Stoffmenge von \(\ce{H_3O+}\)-Ionen ist, die nicht mit den Carbonat-Ionen aus der Eierschale reagiert hat \(\pu{(n_Ende)}\):

\(\pu{n_Ende= c \cdot V = 1 \frac{mol}{L} * 0,0225 L = 0,0225 mol}\)

Die Stoffmenge der Oxonium-Ionen, die zuvor nicht mit dem Calciumcarbonat reagiert haben, haben nämlich später mit den Hydroxid-Ionen reagiert. Da die Oxonium- und Hydroxid-Ionen in einem Stoffmengenverhältnis von 1:1 reagiert haben, kannst du hier mit dem verbrauchten Volumen der Natriumhydroxid-Lösung die Stoffmenge der Oxonium-Ionen berechnen.

Berechnung der Stoffmenge an von \(\ce{H_3O+}\)-Ionen, die mit dem Calciumcarbonat reagiert hat

Mit Hilfe der beiden zuvor ausgerechneten Stoffmengen kannst du nun durch Subtrahieren bestimmen, wie groß die Stoffmenge von \(\ce{H_3O+}\)-Ionen ist, die mit den Carbonat-Ionen aus der Eierschale reagiert haben. Dafür subtrahierst du von der ursprünglich verwendeten Stoffmenge diejenige Stoffmenge, die mit den Hydroxid-Ionen reagiert hat, ab.

\(\pu{n_Start – n_Ende = 0,025 mol – 0,0225 mol = 0,0025 mol}\)

Bestimmung der Stoffmenge des Calciumcarbonats

Durch diese Rechnung weißt du nun, dass \(\pu{0,0025 mol}\) \(\ce{H_3O+}\)-Ionen mit dem Calciumcarbonat aus der Eierschale reagiert haben.
Schaue dir nun noch einmal die Reaktionsgleichung an.

\(\ce{CaCO_3 + 2 H_3O^+ -> Ca^2+ + CO_2 + 3H_2O}\)

Die Reaktionsgleichung zeigt dir, dass das Carbonat und die Oxonium-Ionen in einem Verhältnis von 1:2 reagieren. Die Stoffmenge an \(\ce{H_3O+}\)-Ionen ist somit doppelt so groß, wie die von dem Calciumcarbonat \(\ce{(CaCO_3)}\).

Mit diesem Wissen kannst du nun die Stoffmenge des Calaciumcarbonats in der Eierschale berechnen, indem du die Stoffmenge der Oxonium-Ionen halbierst:
\(\pu{n_Antacida = 0,0025 mol / 2 = 0,00125 mol}\)

Bestimmung der Masse von Calciumcarbonat

Aus deiner berechneten Stoffmenge und der molaren Masse von Calciumcarbonat \(\pu{(M_{CaCO_3}= 100,1 \frac{g}{mol})}\) kannst du nun die Masse des Calciumcarbonats in der Eierschale berechnen.

\(\pu{m_{CaCO_)} = n \cdot M = 0,00125 mol \cdot 100,1 \frac{g}{mol} = 0,125 g}\)

In \(\pu{25 mL}\) des Filtrats sind somit \(\pu{0,125 g}\) Calciumcarbonat enthalten. Zu Beginn des Experiments wurden jedoch \(\pu{0,5 g}\) Eierschale in \(\pu{50 mL}\) Salzsäure-Lösung gelöst. Das Ergebnis muss daher nun noch mal zwei genommen werden, um auszurechnen, wie viel \(\pu{g}\) Calciumcarbonat in \(\pu{0,5 g}\) Eierschale enthalten waren.

\(\pu{m_{CaCO_3} = 0,125 g \cdot 2 = 0,25 g}\)

Zusammenfassung/Ergebnis

In \(\pu{0,5 g}\) Eierschale sind laut diesem Experiment \(\pu{0,25 g}\) Calciumcarbonat enthalten. Die analytische Methode, die du bei diesem Experiment verwendet hast, nennt man Rücktitration. Bei einer Rücktitration wird die vorliegende Probe, in diesem Falle die Eierschale, vollständig mit einem bestimmten Volumen einer Maßlösung, in diesem Falle der Salzsäure-Lösung, umgesetzt. Der nicht verbrauchte Teil der Maßlösung (Salzsäure-Lösung) wird anschließend durch eine Titration, in diesem Falle mit Natriumhydroxid-Lösung, bestimmt.