Den Kurvenverlauf einer Leitfähigkeitstitration vorhersagen

Säuren und Basen, Leitfähigkeitstitration, Modellieren, Modell
Leitfähigkeitstitrationskurve von Salzsäure und Natronlauge, © Jonas Blümke

Erarbeitung einer Leitfähigkeitstitrationskurve von Salz- und Essigsäure mit Natronlauge im Styropormodell

Jonas Blümke
In diesem Beitrag wird ein Unterrichtsvorschlag zur Erarbeitung einer hypothetischen Leitfähigkeitskurve der Titration von Salz- und Essigsäure mit Natronlauge vorgestellt. Die Schwerpunktkompetenz liegt darin, dass die Schülerinnen und Schüler Hypothesen zu einem chemischen Sachverhalt generieren und diese unter Verwendung der Fachsprache mit Hilfe eines Modells erläutern. Konkret sollen die Lernenden eine begründete Hypothese zum Kurvenverlauf der Leitfähigkeitstitration von Salz- und Essigsäure mit Natronlauge formulieren, indem sie einen möglichen Verlauf darstellen und mit der Ionenleitfähigkeit begründen.
Die Schülerinnen und Schüler haben in der vorausgehenden Stunde die unterschiedlichen Leitfähigkeiten verschiedener Ionen kennengelernt (vgl. Kasten1). Diese Kenntnisse sollen von ihnen mit dem Wissen über Neutralisationsvorgänge verknüpft und so der hypothetische Kurvenverlauf einer Leitfähigkeitstitration entwickelt werden. Neben dem genanten Vorwissen sind die Beschreibung von Protolysen als Gleichgewichtsreaktionen und deren Beeinflussung die inhaltlichen Voraussetzungen der hier beschriebenen Einzelstunde. Im Anschluss an die Stunde erfolgt die experimentelle Überprüfung der aufgestellten Hypothesen.
1|Die Leitfähigkeit von Ionen
1|Die Leitfähigkeit von Ionen
Der Anteil der einzelnen Ionen am Ladungstransport lässt sich experimentell ermitteln und aus den Ergebnissen die Einzelleitfähigkeiten berechnen (Tab.1 ). Die Einzelleitfähigkeiten von Oxonium- und Hydroxid-Ionen sind größer als die von Natrium-, Chlorid- und Acetationen.
Je mehr freie H3O+- bzw. OH-Ionen (im Vergleich zu Na+-, CH3COO- und Cl– -Ionen) in einer Lösung vorliegen, desto größer ist die Leitfähigkeit.
Bei der Titration einer starken Säure (HCl) gegen eine starke Base (NaOH) nimmt die Leitfähigkeit somit mit Zugabe von
NaOH zunächst ab (Abnahme der H3O+-Ionen-Konzentration) und erreicht im Neutralisationspunkt ein Minimum (alle H3O+-Ionen wurden durch OH-Ionen neutralisiert). Bei weiterer Zugabe von NaOH steigt die Konzentration an OH-Ionen und die Leitfähigkeit nimmt wieder zu. Jedoch entspricht die Leitfähigkeitszunahme nicht der Abnahme der Leitfähigkeit, da die OH-Ionen gegenüber den H3O+-Ionen eine geringere Einzelleitfähigkeit besitzen (vgl. Abb.4).
H3O+ + Cl + Na+ + OH → 2 H2O + Na+ + Cl
Bei der Titration einer schwachen Säure (CH3COOH) mit einer starken Base (NaOH) liegt die Säure in der Ausgangslösung nur schwach dissoziiert vor. Die Leitfähigkeit zu Beginn der Titration ist deshalb gering. Die bei der Titration zugegebenen OH-Ionen werden gegen die CH3COO-Ionen ausgetauscht. Die Leitfähigkeit der Lösung nimmt langsam zu. Nach Verbrauch der Essigsäure steigt die Leitfähigkeit stärker an, da nun immer mehr OH-Ionen frei in der Lösung vorkommen und zur Leitfähigkeit beitragen (vgl. Abb.5).
CH3COOH + Na+ + OH → H2O + Na+ + CH3COO
Anmerkungen zum Stundenverlauf
Die geplante Unterrichtsstunde ist problemorientiert angelegt (vgl. Tab.2 ). Für den Einstieg wurde ein selbstkonzipierter Comic eingeblendet (vgl. Abb.1 ). Es zeigte sich, dass der Comic das Interesse der Lernenden weckte, da eine hohe Schüleraktivität festzustellen war. Auch leistungsschwächere Schülerinnen und Schüler beteiligten sich in dieser Phase. Nach einer kurzen Beschreibung erfolgte die Formulierung der Leitfrage, welche auf einer Folie festgehalten wurde (vgl. Abb.2 ).
Die Überleitung zur Erarbeitungsphase erfolgte durch das Einblenden des Symbols für die Hypothesenentwicklung. Dabei wurde das Ziel der Unterrichtsstunde, die Erarbeitung eines hypothetischen Kurvenverlaufs einer Leitfähigkeitstitration, benannt. Für die Stundentransparenz wurde eine Folie mit dem Stundenablauf eingeblendet (vgl. Abb.3 ). Zusätzlich erfolgte ein Verweis auf die...

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aus: Unterricht Chemie Nr. 171 / 2019

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Friedrich+ Kennzeichnung Unterricht (45-90 Min) Schuljahr 10-12