Ejercicio resuelto de Valoraciones ácido-base · Química · 2022

PREGUNTA 7.
Se toman 30,0 mL de una disolución 6,0 M de HCl y se diluyen con agua hasta un volumen final de 250 mL. 25,0 mL de esta disolución diluida necesitaron 20,0 mL de una disolución de hidróxido de calcio para su neutralización.

7.1. Escriba la reacción que tiene lugar y calcule la molaridad de la disolución de la base.
7.2. Nombre y dibuje el material necesario e indique el procedimiento empleado para la valoración.

$\mathbf{\text{7.1.}}\mathbf{\text{Escriba}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{reacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{tiene}}\mathbf{\text{lugar}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{calcule}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{molaridad}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{disoluci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{base.}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

Se trata de una neutralización entre un ácido fuerte y una base fuerte. Como el hidróxido de calcio tiene $\mathbf{\text{dos}}$ grupos hidroxilo, hacen falta dos moles de ácido por cada mol de base:

$2\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}(\mathrm{a}\mathrm{c})+\mathrm{C}\mathrm{a}(\mathrm{O}\mathrm{H}{)}_2(\mathrm{a}\mathrm{c})\to \mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2(\mathrm{a}\mathrm{c})+2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}(\mathrm{l})$

Antes de valorar hay una dilución, así que lo primero es calcular la concentración de la disolución diluida. En una dilución los moles de soluto no cambian, solo el volumen:

$c_1{V}_1=c_2{V}_2\Rightarrow c_2={\displaystyle \frac{\mathrm{6,0}\cdot \mathrm{30,0}}{250}}$

$c_2=\mathrm{0,72}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\mathrm{/}\mathrm{L}$

De esa disolución diluida se toman 25,0 mL:

$n(\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l})=\mathrm{0,72}\cdot \mathrm{0,0250}=\mathrm{0,018}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}$

En el punto de equivalencia se cumple la proporción 2:1 de la ecuación, así que los moles de base son la mitad:

$n(\mathrm{C}\mathrm{a}(\mathrm{O}\mathrm{H}{)}_2)={\displaystyle \frac{\mathrm{0,018}}{2}}=\mathrm{9,0}\cdot {10}^{-3}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}$

Esos moles estaban contenidos en los 20,0 mL de disolución de hidróxido:

$c={\displaystyle \frac{\mathrm{9,0}\cdot {10}^{-3}}{\mathrm{0,0200}}}$

$c(\mathrm{C}\mathrm{a}(\mathrm{O}\mathrm{H}{)}_2)=\mathrm{0,45}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\mathrm{/}\mathrm{L}$

$\mathbf{\text{7.2.}}\mathbf{\text{Nombre}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{dibuje}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{material}}\mathbf{\text{necesario}}\mathbf{\text{e}}\mathbf{\text{indique}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{procedimiento}}\mathbf{\text{empleado}}\mathbf{\text{para}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{valoraci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n.}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

$\mathbf{\text{Material}}\mathbf{\text{necesario}}$: bureta de 25 mL graduada en décimas, soporte con pinza de bureta, embudo pequeño para cargarla, pipeta aforada de 25 mL con su aspirador, matraz Erlenmeyer de 100 mL, matraz aforado de 250 mL y pipeta aforada de 30 mL para la dilución previa, frasco lavador con agua destilada, indicador ácido-base y un papel blanco para apreciar el viraje.

Descritos brevemente: la $\mathbf{\text{bureta}}$ es un tubo largo y estrecho graduado, con una llave de paso en su extremo inferior y terminado en punta, que se sujeta verticalmente al soporte; el $\mathbf{\text{matraz}}\mathbf{\text{Erlenmeyer}}$ es cónico y de boca estrecha, lo que permite agitar con movimientos circulares sin que salpique; la $\mathbf{\text{pipeta}}\mathbf{\text{aforada}}$ es un tubo con un ensanchamiento central y una única marca de enrase, que mide un volumen fijo con gran exactitud.

$\mathbf{\text{Procedimiento}}$:

i) $\mathbf{\text{Diluci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{previa}}$. Con la pipeta aforada se toman 30,0 mL de la disolución 6,0 M de HCl y se vierten en el matraz aforado de 250 mL. Se enrasa con agua destilada hasta la marca, se tapa y se homogeneiza invirtiendo el matraz varias veces. Se añade siempre el ácido sobre el agua, nunca al revés.

ii) Con la pipeta aforada se miden 25,0 mL de la disolución diluida y se vierten en el Erlenmeyer. Se añaden unas gotas de indicador; al ser una valoración de ácido fuerte con base fuerte, el punto de equivalencia cae en pH 7 y el salto de pH es muy amplio, así que sirve tanto la fenolftaleína como el naranja de metilo.

iii) Se lava la bureta con un poco de la disolución valorante, para eliminar restos de agua que la diluirían, y se carga con la disolución de $\mathrm{C}\mathrm{a}(\mathrm{O}\mathrm{H}{)}_2$ usando el embudo. Se abre la llave un instante para llenar la punta y expulsar el aire, y se enrasa a cero leyendo por la parte inferior del menisco, con la vista a su altura.

iv) Se coloca el Erlenmeyer bajo la bureta, sobre el papel blanco, y se añade la base lentamente, agitando el matraz con movimientos circulares continuos.

v) Cerca del punto final el color tarda cada vez más en desaparecer; a partir de ahí se añade gota a gota. Se cierra la llave en cuanto el cambio persiste al agitar y se anota el volumen gastado.

vi) Se repite al menos tres veces y se promedian los volúmenes concordantes, descartando los que se aparten claramente de los demás. Con el volumen medio y la estequiometría 2:1 se calcula la concentración de la base.