Gravimetrie im virtuellen Labor: Calcium in hartem Wasser

Aktualisiert am 2026-10-07

Diese Gravimetrie im virtuellen Labor folgt der Untersuchung von hartem Wasser aus AP Chemistry und den gravimetrischen Arbeiten aus IB und VCE Chemistry. Die Lernenden messen 500 cm³ Wasser ab, fällen das Calcium mit Natriumcarbonatlösung als Calciumcarbonat, prüfen die klare Lösung, bis die Fällung vollständig ist, und filtrieren, waschen, erhitzen, kühlen und wiegen dann so lange, bis zwei Wägungen übereinstimmen. Aus der Masse des Niederschlags berechnen sie die Härte in mg CaCO₃ pro dm³ und den Calciumgehalt in mg Ca²⁺ pro dm³. Eine Standardlösung prüft die Methode, und wer einen Schritt auslässt, sieht sofort die Folgen. Jede Zahl unten wurde in der Simulation abgelesen.

Gravimetrische Analyse – Fällung, Filtration und Trocknen bis zur Massenkonstanz

Lehrplanbezug

AP Chemistry Unit 1, Thema 1.4 (Zusammensetzung von Gemischen, SPQ-2.B) und die AP-Untersuchung zur gravimetrischen Analyse von hartem Wasser.
IB Chemistry, Tool 1 (experimentelle Techniken): Massen bestimmen, filtrieren und bis zur Massenkonstanz erhitzen, mit den Stoffmengenberechnungen aus Structure 1.4.
VCE Chemistry Unit 2, Area of Study 2: Stoffe in Wasser bestimmen, einschließlich gravimetrischer Analyse.

Simulic ist weder mit dem College Board noch mit dem IB oder der VCAA verbunden und wird von ihnen nicht unterstützt.

Vor dem Experiment (5 min)

Fragen Sie: „Ein Schüler vergisst, den Calciumcarbonat-Niederschlag vor dem Trocknen zu waschen. Ist die berechnete Härte zu hoch, zu niedrig oder richtig?“ Auf einem Klassenlink ist das Frage 1; die Simulation wird freigegeben, sobald die Lernenden geantwortet haben.

Durchführung in der Simulation

Wählen Sie Hartes Wasser: Ca²⁺ als CaCO₃, dann Standardlösung, und stellen Sie die Waage auf 0,0001 g. Lassen Sie den Schieberegler Wasserprobe auf 500 cm³.
Klicken Sie auf Wasser abmessen, dann auf 10 cm³ Na₂CO₃ zugeben. Klicken Sie auf Klare Lösung prüfen; geben Sie weiteres Na₂CO₃ zu, bis keine neue Trübung mehr entsteht.
Klicken Sie auf Filtrieren und dann zweimal auf Waschen.
Klicken Sie so lange auf Erhitzen, abkühlen, wiegen, bis die Meldung sagt, dass die letzten beiden Wägungen übereinstimmen, und dann auf Ergebnis notieren.
Wiederholen Sie ohne Waschen. Wählen Sie dann Wasserprobe, um das unbekannte Leitungswasser zu analysieren.

Durchlauf	Probe	Waschungen
1	Standard	2
2	Standard	0
3	Wasserprobe	2

Hartes Wasser: Ca²⁺ als CaCO₃ mit Standardlösung, Waage 0,0001 g und Wasserprobe 500 cm³, nach Wasser abmessen, einmal 10 cm³ Na₂CO₃ zugeben, Klare Lösung prüfen, Filtrieren, zweimal Waschen und Erhitzen, abkühlen, wiegen bis zur Massenkonstanz, dann Ergebnis notieren: das Diagramm der Wägungen flacht ab, und das Rechenfeld zeigt etwa 0,2009 g CaCO₃, 402 mg CaCO₃/dm³ und 161 mg Ca²⁺/dm³

Erwartete Ergebnisse

Die Standardlösung enthält 400 mg CaCO₃ pro dm³, also enthalten 500 cm³ 0,2000 g. Die Wägungen haben einen winzigen Zufallsfehler, daher stimmen die Ergebnisse eng überein.

Standard, eine Portion Na₂CO₃, zweimal gewaschen: 0,2009 g CaCO₃, 402 mg/dm³ und 161 mg Ca²⁺/dm³. Massenkonstanz wurde nach 5 Erhitzungen erreicht. Mit zwei Portionen: 0,2016 g, 403 mg/dm³.
Einmal gewaschen: 0,2037 g, 407 mg/dm³. Nicht gewaschen: 0,2147 g, 429 mg/dm³, markiert mit „nicht gewaschen“. Die zurückgebliebenen löslichen Salze erhöhen die Masse.
Waage 0,01 g: 0,20 g und 400 mg/dm³, aber die Unsicherheit beträgt ±0,02 g, also 10 % der Masse.
Wasserprobe: Bei jedem Laden der Seite oder mit Neue Probe gibt es eine andere unbekannte Probe. Ein Durchlauf ergab 185 mg/dm³ bei einem wahren Wert von 180 mg/dm³.

Fragen für die Lernenden

(Vorhersage, nach dem Versuch erneut gestellt) Ist die berechnete Härte zu hoch, zu niedrig oder richtig, wenn der Niederschlag nicht gewaschen wird?
Eine Klasse analysiert dasselbe Wasser mit Proben von 250, 500 und 1000 cm³. Welche ist die abhängige Variable?
Welche Masse Calciumcarbonat erhalten Sie aus 500 cm³ der Standardlösung?
Berechnen Sie den Calciumgehalt der Standardlösung in mg Ca²⁺ pro dm³.
Erklären Sie, warum man erhitzt, abkühlt und wiegt, bis zwei Wägungen übereinstimmen.

Antworten für Lehrkräfte: (1) Zu hoch: 429 statt etwa 402 mg/dm³. (2) Die Masse des trockenen Calciumcarbonats. (3) 0,198–0,207 g akzeptieren (etwa 0,201 g). (4) Masse ÷ 100,09 × 40,08 × 1000 mg ÷ 0,500 dm³; 158–166 mg/dm³ akzeptieren. (5) Jedes Erhitzen treibt mehr Wasser aus. Zwei gleiche Wägungen zeigen, dass alles Wasser entfernt ist; wer zu früh aufhört, lässt Wasser im Feststoff, sodass Masse und Ergebnis zu hoch sind.

Häufige Fehlvorstellungen

„Mehr Reagenz ergibt immer ein besseres Ergebnis.“ Für eine vollständige Fällung braucht man genug, aber ein großer Überschuss hinterlässt mehr lösliches Salz, das ausgewaschen werden muss.
„Beim Waschen geht Niederschlag verloren.“ Calciumcarbonat ist unlöslich; das Waschen entfernt nur die löslichen Salze.
„Einmal Erhitzen reicht.“ Die erste Wägung enthält noch den größten Teil des Wassers im Filterkuchen.
„Die letzte Stelle der Waage macht das Ergebnis exakt.“ Eine Waage mit 0,01 g zeigt für einen Niederschlag von 0,2009 g nur 0,20 g.

Erweiterung

Sulfat als BaSO₄: Mit Reinstoff ergab 1 g Ammoniumsulfat 72,8 % Sulfat (wahrer Wert 72,7 %); ungewaschen 74,0 %. Mit drei Portionen BaCl₂ blieb die Fällung unvollständig: 57,8 %.
Bariumchlorid-Hydrat: Bis zur Massenkonstanz erhitzen und x in BaCl₂·xH₂O bestimmen.

Häufige Fragen

Kann ich die Einstellungen für meine Klasse festlegen?

Ja. Legen Sie auf der Seite Teilen in den Startwerten des Links Versuch auf „Calcium in hartem Wasser, gefällt als CaCO₃“, Probe auf „Reinstoff / Standardlösung“, Auflösung der Waage auf „0,0001 g (Analysenwaage)“ und Volumen der Wasserprobe auf 500 cm³ fest.

Bekommt jeder Lernende dieselbe Wasserprobe?

Nein. Die unbekannte Wasserprobe wird bei jedem Laden der Seite zufällig gewählt, daher findet jeder eine andere Härte und vergleicht sie mit dem wahren Wert in der Tabelle. Deshalb nutzen die bewerteten Fragen die Standardlösung.

Warum zeigt die Tabelle den wahren Wert?

Damit die Lernenden ihre prozentuale Abweichung berechnen und sie mit den ausgelassenen Schritten in Verbindung bringen können.