Ejercicio resuelto de Valoraciones ácido-base · Química · 2022

5. Se realiza la valoración de 50 mL de una disolución de HCl 0,25 M con una disolución de KOH 0,40 M:

I) Calcule el pH de la disolución inicial de HCl. (0,5 p)
II) ¿Qué volumen de la disolución de KOH será necesario para llegar al punto de equivalencia? (0,5 p)
III) Explique qué indicador sería el más adecuado para esta valoración: rojo de cresol (intervalo de viraje: pH 0,2−1,8), azul de bromotimol (pH 6,0−7,6) o carmín de índigo (pH 11,4−13,0)? (0,25 p)
IV) Calcule el pH de la disolución resultante cuando, desde el inicio de la valoración, se ha añadido un total de 20 mL de la disolución de KOH 0,40 M (suponiendo que los volúmenes son aditivos). (0,75 p)

$\textbf{I) Calcule el pH de la disolución inicial de HCl. (0{,}5 p)}$

El ácido clorhídrico es fuerte y está totalmente disociado, de modo que la concentración de protones coincide con la del ácido:

$[\mathrm{H_3O^+}] = 0{,}25 \text{ mol/L}$

$\mathrm{pH} = -\log(0{,}25) = 0{,}60$

$\textbf{II) ¿Qué volumen de la disolución de KOH será necesario para llegar al punto de equivalencia? (0{,}5 p)}$

La neutralización es mol a mol:

$\mathrm{HCl(ac)} + \mathrm{KOH(ac)} \rightarrow \mathrm{KCl(ac)} + \mathrm{H_2O(l)}$

$n(\mathrm{HCl}) = 0{,}050 \cdot 0{,}25 = 1{,}25 \cdot 10^{-2} \text{ mol}$

$V = \frac{1{,}25 \cdot 10^{-2}}{0{,}40} = 0{,}03125 \text{ L} = 31{,}25 \text{ mL}$

$\textbf{III) Explique qué indicador sería el más adecuado para esta valoración. (0{,}25 p)}$

Un indicador es adecuado cuando su intervalo de viraje abarca el pH del punto de equivalencia, para que el cambio de color coincida con el final real de la valoración.

Aquí se valora un ácido fuerte con una base fuerte, y la sal resultante, el KCl, no se hidroliza, así que el punto de equivalencia está en pH = 7.

El indicador adecuado es el $\textbf{azul de bromotimol}$, cuyo intervalo, de 6,0 a 7,6, contiene ese valor. El rojo de cresol viraría mucho antes, con el ácido aún sin neutralizar, y el carmín de índigo mucho después, con base ya en exceso.

$\textbf{IV) Calcule el pH de la disolución resultante cuando se ha añadido un total de 20 mL de la disolución de KOH 0{,}40 M. (0{,}75 p)}$

Con 20 mL todavía no se han alcanzado los 31,25 del punto de equivalencia, así que lo que sobra es ácido. Se comprueba con los moles:

$n(\mathrm{KOH}) = 0{,}020 \cdot 0{,}40 = 8{,}0 \cdot 10^{-3} \text{ mol}$

$n(\mathrm{HCl})_{\text{exceso}} = 1{,}25 \cdot 10^{-2} - 8{,}0 \cdot 10^{-3} = 4{,}5 \cdot 10^{-3} \text{ mol}$

Ese exceso queda repartido en el volumen total, suma de los dos porque son aditivos:

$V_t = 50 + 20 = 70 \text{ mL} = 0{,}070 \text{ L}$

$[\mathrm{H_3O^+}] = \frac{4{,}5 \cdot 10^{-3}}{0{,}070} = 6{,}43 \cdot 10^{-2} \text{ mol/L}$

$\mathrm{pH} = -\log(6{,}43 \cdot 10^{-2}) = 1{,}19$

La disolución sigue siendo ácida, aunque menos que al principio: el pH ha subido de 0,60 a 1,19.