Titration Phosphorsäure mit OH-

Question

Aufgabe:

Der Gehalt von Phosphorsäure in Cola soll durch Säure-Base-Titration bestimmt werden.

a) Begründen Sie, warum die Reaktionsgleichung

H₃PO₄ + 3 OH^- → PO₄^3- + 3 H₂O

nicht für die Auswertung geeignet ist.

b) Geben Sie eine geeignete Reaktionsgleichung an und stellen Sie dafür eine Gleichung zwischen n(OH^-) und n(H₃PO₄) auf.

Answer 1

Salut,

Der Gehalt von Phosphorsäure in Cola soll durch Säure-Base-Titration bestimmt werden.
a) Begründen Sie, warum die Reaktionsgleichung
H3PO4 + 3 OH- → PO43- + 3 H2O
nicht für die Auswertung geeignet ist.

Phosphorsäure ist eine dreiprotonige Säure, insofern gibt es auch 3 Dissoziationsstufen und 3 Äquivalenzpunkte, wobei jedoch der dritte ÄP aufgrund der um ihn immer kleiner werdenden pH - Sprünge relativ schwer bestimmbar ist. Enthält die Lösung am Anfang der Titration primär H₃PO₄ und H₂PO₄^-, so werden durch Hinzufügung von NaOH nach und nach alle H₃PO₄ Moleküle in H₂PO₄^- - Ionen umgewandelt, bis am 1. ÄP schließlich fast nur noch H₂PO₄^- - Ionen vorhanden sind. Am 2. ÄP finden sich lediglich noch HPO₄^2- - Ionen, am 3. ÄP schlussendlich noch PO₄^3- - Ionen.

Das sieht also folgendermaßen aus:

H₃PO₄ +  OH^-   ⇌   H₂PO₄^- +  H₂O

H₂PO₄^- +  OH^-   ⇌   HPO₄^2- +  H₂O

HPO₄^2- +  OH^-   ⇌   PO₄^3- +  H₂O

b) Geben Sie eine geeignete Reaktionsgleichung an und stellen Sie dafür eine Gleichung zwischen n(OH-) und n(H3PO4) auf.

Es ist möglich, in wässrigen Lösungen die ersten beiden der drei Äquivalenzpunkte zu titrieren, wobei der zweite durch verschiedene Pufferungen oftmals stark verschoben und zur Berechnung wenig geeignet erscheint. Nun kann zwar auch der erste ÄP Schwankungen unterliegen (je nach Gehalt des noch vorhandenen Kohlendioxids), dennoch ist er zur Bestimmung der Konzentration der Säure von vorrangiger Bedeutung:

Am 1. ÄP gilt:

H₃PO₄ +  OH^- ⇌   H₂PO₄^- +  H₂O

Schöne Grüße :)

Comments

Vielen lieben Dank.

D.h. hier wird dann meist keine ph-Indikatorlösung benutzt, um auf die Neutralisation zu testen, sondern hier wird nach dem Wendepunkt der Titrationskurve geschaut?

Hab ein schönes Wochenende.

---

Gestern hatte ich leider nur Zeit für einen kurzen, mehr allgemeinen Kommentar, deshalb hier etwas genauer:

Wie bereits in meiner Antwort geschrieben, gibt die Säure ihre H-Atome nicht alle zusammen, sondern nacheinander ab. Das bewirkt dann die 1. Stufe bzw. den ersten Sprung. Danach, wenn diese "ersten" H-Atome durch die NaOH verbraucht sind, wird das nächste H abgespalten und gleichfalls von der Lauge neutralisiert. Insofern reicht der 1. ÄP aus, um die Menge an Säure zu bestimmen, den Verbrauch der NaOH an diesem ersten Punkt ziemlich genau abzulesen und mit der Konzentration der NaOH auch deren Stoffmenge zu ermitteln. Da zudem ein NaOH-Teilchen mit einem H⁺ reagiert, entspricht die Säuremenge der verbrauchten Menge an NaOH.

Wendepunkt der Titrationskurve ist schon mal nicht schlecht. Zur Bestimmung des in diesem Fall gesuchten 1. ÄP eignet sich dabei gut das Tangentenverfahren, wo du (grob gesagt) zwei parallele Tangenten an die Kurvenäste einzeichnest, zwischen beide eine parallele, äquidistante Gerade platzierst, deren Schnittpunkt mit der Kurve dem gesuchten ÄP entspricht, oder du benutzt einen Indikator, dessen Umschlagbereich eben in der Region des steilen Anstiegs der Titrationskurve liegen muss. (Darüberhinaus gibt es natürlich noch andere Hilfsmittel, aber das war ja nicht die Frage.)

---

Vielen lieben Dank für deine Unterstützung.

Ja. Ich denke ich habe das jetzt Verstanden. Ich hatte selber auch noch recherchiert und auch mitbekommen, das der dritte Äqivalenzpunkt nur sehr ungenau zu bestimmen wäre.

https://www2.chemie.uni-erlangen.de/projects/vsc/chemie-mediziner-neu/saeuren/phosphatpuffer.html

---

Was ja auch auffällt ist, dass bei der Titration von Phosphorsäure mit Natronlauge ein PH-Wert von 7 eben nicht genau dann eintritt, wenn alle Protonen der Säure abgegeben wurden.

Das liegt daran, dass nur H3PO4 als starke Säure erstmal ein Proton abgibt. Dieses aber bei H2PO4- sowie HPO42- als schwache bzw. sehr schwache Säure nicht mehr der Fall ist.