Leitfähigkeitstitration im virtuellen Labor: HCl mit NaOH

Diese Leitfähigkeitstitration im virtuellen Labor folgt der konduktometrischen Titration der Oberstufenchemie in Frankreich, Deutschland und Australien. Eine Leitfähigkeitsmesszelle taucht in 20,0 mL Salzsäure, verdünnt mit 180 mL Wasser. Die Lernenden geben Natronlauge in Schritten von 1 mL zu, notieren nach jeder Zugabe die Leitfähigkeit σ und tragen σ über dem Volumen auf. Die Kurve fällt und steigt dann wieder, und der Äquivalenzpunkt liegt dort, wo sich die beiden Geraden schneiden. Ein Indikator ist nicht nötig, und die molaren Ionenleitfähigkeiten erklären die Form. Jede Zahl unten wurde in der Simulation abgelesen.

Lehrplanbezug

• Französische Terminale, spécialité physique-chimie (Aufbau und Umwandlungen der Materie): Titration mit konduktometrischer Verfolgung und das Gesetz von Kohlrausch σ = Σλᵢ[Xᵢ].
• Bildungsstandards Chemie für die Allgemeine Hochschulreife (KMK): Leitfähigkeitstitration als Verfahren der quantitativen Analyse.
• NSW HSC Chemistry, Module 6 (Acid/Base Reactions): quantitative Analyse durch Titration, einschließlich Leitfähigkeitskurven.

Simulic ist weder mit einer Prüfungsstelle noch mit einem Bildungsministerium verbunden und wird von ihnen nicht unterstützt.

Vor dem Experiment (5 min)

Fragen Sie: „Sie geben Natronlauge zu Salzsäure und messen die Leitfähigkeit. Mit NaOH kommen Ionen hinzu. Wie sieht die Kurve der Leitfähigkeit über dem Volumen aus?“ Auf einem Klassenlink ist das Frage 1; die Simulation wird freigegeben, sobald die Lernenden geantwortet haben.

Durchführung in der Simulation

1. Öffnen Sie den Reiter Titration. Wählen Sie bei Titration HCl mit NaOH titriert, stellen Sie Konzentration im Becherglas und Konzentration in der Bürette auf 0,100 mol/L und setzen Sie die Häkchen bei 180 mL dest. Wasser zugeben und Zwei Geraden anpassen.
2. Klicken Sie auf Notieren, um σ bei 0 mL zu erfassen.
3. Klicken Sie auf Automatisch 1 mL zugeben. Die Simulation gibt jeweils 1,0 mL zu und notiert σ. Klicken Sie bei etwa 30 mL auf Pause.
4. Lesen Sie das Äquivalenzvolumen am Schnittpunkt der beiden Geraden ab, setzen Sie dann das Häkchen bei Verdünnungskorrigiertes σ zeichnen und lesen Sie erneut ab.
5. Klicken Sie auf Neues Becherglas, entfernen Sie das Häkchen bei 180 mL dest. Wasser zugeben und wiederholen Sie ohne Korrektur.

V NaOH (mL)	0	5	10	15	20	25	30
σ (mS/m)

Erwartete Ergebnisse

Das Messgerät schwankt um etwa ±0,3 %, daher unterscheiden sich die Werte leicht zwischen den Durchläufen.

• Start: σ = 425–427 mS/m bei 0 mL (Modell 425,9). Die Leitfähigkeit fällt linear auf etwa 115 mS/m bei 20 mL und steigt dann auf etwa 218 mS/m bei 30 mL.
• Zwei Geraden, mit Wasser: 19,73 und 19,76 mL für Messwerte bis 30 mL; 19,52 mL für Messwerte bis 50 mL. In 20.000 Modelldurchläufen bis 30 mL lag jede Anpassung zwischen 19,7 und 19,8 mL.
• Verdünnungskorrigiert: 20,00 mL (19,99 im Browser), das wahre Äquivalenzvolumen.
• Ohne die 180 mL Wasser: Die unkorrigierte Anpassung ergab 16,49 mL, ein Fehler von 18 %; die korrigierte Anpassung ergab 19,99 mL.

Fragen für die Lernenden

1. (Vorhersage, nach dem Versuch erneut gestellt) Welche Form hat die Kurve der Leitfähigkeit über dem zugegebenen Volumen NaOH?
2. Die Zugabe von 180 mL destilliertem Wasser hilft, welche Variable nahezu konstant zu halten?
3. Wie groß ist σ bei 0 mL?
4. Wo schneiden sich die beiden Geraden?
5. Erklären Sie die Form der Kurve mit den vorhandenen Ionen.

Antworten für Lehrkräfte: (1) Sie fällt bis zu einem Minimum am Äquivalenzpunkt und steigt dann. (2) Das Gesamtvolumen, sodass die Verdünnung die Konzentrationen kaum verändert. (3) 420–432 mS/m akzeptieren. (4) 19,4–20,2 mL akzeptieren. (5) Vor dem Äquivalenzpunkt wird jedes H⁺ (λ = 35,0) durch Na⁺ (λ = 5,0) ersetzt, daher fällt σ. Danach lassen überschüssige Na⁺ und OH⁻ (λ = 19,9) σ steigen. Cl⁻ bleibt die ganze Zeit in Lösung.

Häufige Fehlvorstellungen

• „Mehr Ionen erhöhen immer die Leitfähigkeit.“ Hier entfernt jedes zugegebene OH⁻ ein H⁺, und das zurückbleibende Na⁺ leitet viel schlechter.
• „Am Äquivalenzpunkt ist die Leitfähigkeit null.“ Natriumchloridlösung leitet weiterhin: etwa 115 mS/m. Nur H₂SO₄ mit Ba(OH)₂ titriert fällt fast auf null (0,3 mS/m bei 20 mL), weil beide Produkte die Lösung verlassen.
• „Alle Ionen leiten gleich gut.“ H⁺ und OH⁻ leiten um ein Mehrfaches besser als Na⁺ oder Cl⁻.
• „Die Verdünnung spielt keine Rolle.“ Ohne das zusätzliche Wasser krümmen sich die Geraden, und die unkorrigierte Anpassung liegt um mehr als 3 mL daneben.

Erweiterung

• Andere Titrationen: Probieren Sie CH₃COOH mit NaOH titriert, NaCl mit AgNO₃ titriert und H₂SO₄ mit Ba(OH)₂ titriert. Lassen Sie die Lernenden jede Kurve vorher skizzieren.
• Gesetz von Kohlrausch: Notieren Sie im Reiter Messzelle Natriumchlorid bei mehreren Konzentrationen, um eine Kalibriergerade zu erstellen, und bestimmen Sie dann die Salzkonzentration von Wasserprobe A und B.

Häufige Fragen

Kann der Klassenlink direkt bei der Titration öffnen?

Ja. Legen Sie auf der Seite Teilen in den Startwerten des Links Ansicht auf „Leitfähigkeitstitration“ fest, zusammen mit Titration, beiden Konzentrationen und 180 mL destilliertes Wasser ins Becherglas geben. Andernfalls fordert Schritt 1 die Lernenden auf, den Reiter zu öffnen.

Kann ich jeder Klasse eine unbekannte Konzentration geben?

Sie können eine andere Konzentration der Probelösung (20,0 mL) festlegen und das Häkchen bei Konzentration der Probelösung verbergen setzen. Bei einem gewöhnlichen Link sehen die Lernenden den festgelegten Wert noch in den Startwerten; sperren Sie die Parameter (eine Link-Option von Pro), um ihn zu verbergen.

Warum ist das angepasste Volumen 19,8 mL und nicht 20,0 mL?

Das Volumen wächst während der Titration von 200 auf 230 mL, was die Geraden leicht krümmt. Das Häkchen bei Verdünnungskorrigiertes σ zeichnen beseitigt diesen Effekt.

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