Teilaufgabe 1
In einer Abituraufgabe aus dem Jahre 2007 (Zentralabitur NRW) wird von den Schülern in der ersten Teilaufgabe verlangt:
"Beschreiben Sie die Versuchsdurchführung einer Leitfähigkeitstitration einschließlich einer Skizze. Stellen Sie die Messwerte graphisch dar. Erklären Sie die Beobachtung und den Verlauf der Kurve."
Es geht um die Bestimmung des Chlorid-Gehaltes von Meerwasser bzw. einer Kochsalzlösung. Die Lösung mit den Chlorid-Ionen wird mit einer Silbernitratlösung titriert. Bei der Reaktion bildet sich schwerlösliches Silberchlorid.
Zunächst bleibt der elektrische Leitfähigkeit der Lösung konstant. Zwar "verschwinden" Chlorid-Ionen aus der Lösung, diese werden aber durch Nitrat-Ionen der Silbernitrat-Lösung ersetzt:
Da Chlorid-Ionen und Nitrat-Ionen ungefähr die gleiche Teilleitfähigkeit haben, ändert sich an der elektrische Leitfähigkeit der Lösung nicht viel. Der Graph Leitfähigkeit gegen V(AgNO3) bleibt waagerecht.
Wenn allerdings die Chlorid-Ionen komplett aufgebraucht sind, können die Ionen der Silbernitrat-Lösung mit keinem Partner mehr reagieren und sammeln sich in der Lösung an. Die Konzentration der Silber-Ionen und die Konzentration der Nitrat-Ionen steigt an, was zu einem linearen Ansteigen der elektrische Leitfähigkeit führt.
Teilaufgabe 2
In der zweiten Teilaufgabe wird von den Schülern verlangt:
"Stellen Sie eine Reaktionsgleichung in Ionenschreibweise für die während der Titration ablaufende Reaktion auf. Ermitteln Sie die Masse an Chlorid-Ionen in einem Liter Probenwasser und berechnen Sie darauf basierend den Gehalt der übrigen in der Tabelle angegebenen Ionen in der Probe."
Die Reaktionsgleichung ist bereits oben zu sehen. Für die Berechnung der Chlorid-Konzentration müssen einige Daten bekannt sein. 1 ml der Probe (Salzwasser) wurde in ein Becherglas gegeben und mit dest. Wasser auf ein beliebiges Volumen aufgefüllt. Die zur Titration verwendete Silbernitrat-Lösung hatte eine Konzentration von 0,1 mol/l. Nach einem Verbrauch von 4,9 ml Silbernitrat begann die elektrische Leitfähigkeit der Lösung linear anzusteigen.
Zunächst wird die Stoffmenge des verbrauchten Silbernitrats berechnet. Bei c = 0,1 mol/l und V = 0,0049 l kommt man auf n = 0,00049 mol. Nach der obigen Reaktionsgleichung reagiert Silbernitrat mit Natriumchlorid im Verhältnis 1 : 1, also waren in dem 1 ml der Probe ebenfalls 0,00049 mol Natriumchlorid enthalten, was einer Konzentration von 0,49 mol/l entspricht. Die Atommasse von Chlor liegt bei 35,5 g/mol, daraus ergibt sich eine Masse von m(Chlorid) = 0,017395g in dem Milliliter der Probe. Ein Liter der Probe enthält somit 17,4 g Chlorid.
Aus einer Zusatzinformation in der Aufgabenstellung war den S. bekannt, dass der Chlorid-Anteil in Meerwasser normalerweise 19,3 g/L ist. Der gemessene Wert entspricht also ca. 90% des Literaturwertes.
Da die Relationen der Ionen im Meerwasser mehr oder weniger konstant sind, kann der Gesamtsalzgehalt des Wassers durch Bestimmung des Chloridanteils errechnet werden. Dazu stand den S. eine weitere Tabelle zur Verfügung.
Teilaufgabe 3
Die dritte Teilaufgabe lautete:
"Begründen Sie, welche der in der Tabelle aufgelisteten Ionenarten diese Methode der Chloridbestimmung prinzipiell stören. Beurteilen Sie die Anwendbarkeit des durchgeführten Verfahrens."
Hier sollten die S. für 6 Bewertungspunkte angeben, dass die im Meerwasser enthaltenen Bromid- und Iodid-Ionen die Messung zwar im Prinzip stören, was aber aufgrund der sehr geringen Konzentrationen dieser Ionen so gut wie nicht ins Gewicht fällt, so dass das Verfahren durchaus zur Anwendung geeignet ist. Diese Schlussfolgerung wird auch durch die Tabelle mit der Konzentration gelöster Silbersalze unterstützt. Für weitere 4 Bewertungspunkte sollten die S. folgern,
"- dass aufgrund der mäßig guten Löslichkeit des Silbersulfats Sulfat-Ionen die Niederschlagsbildung
nicht stören,
- dass aufgrund der geringen Carbonatmengen im Meerwasser und der höheren
Löslichkeit (im Vergleich zu Bromid und Iodid) die Carbonat-Ionen die Niederschlagsbildung
nicht stören."
So weit zu dieser Abituraufgabe von 2007, die ja eigentlich das Thema Säure/Base-Chemie nicht tangiert, aber das Verfahren der Leitfähigkeitstitration in den Vordergrund rückt.