Ejercicio resuelto de Valoraciones ácido-base · Química · 2020

En el laboratorio, se requieren 30,0 mL de una disolución 0,5 M de hidróxido de sodio (NaOH) para neutralizar 20,0 mL de una disolución de ácido acético ($\mathrm{CH_3COOH}$) de concentración desconocida.

a) Escriba la reacción química que tiene lugar durante el proceso de neutralización.

b) Calcule la molaridad de la disolución inicial de ácido acético.

c) Describa el procedimiento experimental e indique el material necesario para llevar a cabo la valoración ácido-base.

$\textbf{a) Escriba la reacción química que tiene lugar durante el proceso de neutralización.}$

El ácido acético cede su protón a los hidroxilos de la sosa y se forma la sal correspondiente, el acetato de sodio, más agua:

$\mathrm{CH_3COOH(aq)} + \mathrm{NaOH(aq)} \rightarrow \mathrm{CH_3COONa(aq)} + \mathrm{H_2O(l)}$

En forma iónica, prescindiendo del sodio, que es un ion espectador:

$\mathrm{CH_3COOH} + \mathrm{OH^-} \rightarrow \mathrm{CH_3COO^-} + \mathrm{H_2O}$

La estequiometría es 1 a 1, porque el ácido acético es monoprótico: de sus cuatro hidrógenos solo es ácido el del grupo carboxilo.

$\textbf{b) Calcule la molaridad de la disolución inicial de ácido acético.}$

En el punto de equivalencia los moles de base añadidos igualan a los de ácido presentes:

$n(\mathrm{NaOH}) = M \cdot V = 0{,}5 \cdot 0{,}0300 = 0{,}0150\ \mathrm{mol}$

$n(\mathrm{CH_3COOH}) = 0{,}0150\ \mathrm{mol}$

Esa cantidad estaba en los 20,0 mL de la disolución problema:

$M = \dfrac{n}{V} = \dfrac{0{,}0150}{0{,}0200}$

$M(\mathrm{CH_3COOH}) = 0{,}75\ \mathrm{mol/L}$

$\textbf{c) Describa el procedimiento experimental e indique el material necesario para llevar a cabo la valoración ácido-base.}$

$\textbf{Material}$: bureta de 50 mL con soporte y pinza, pipeta aforada de 20 mL con aspirador, matraz erlenmeyer, embudo pequeño, frasco lavador con agua destilada y fenolftaleína como indicador.

$\textbf{Procedimiento}$:

i) Se enjuaga la bureta con la disolución de NaOH 0,5 M, se llena con ayuda del embudo, se elimina la burbuja de aire de la llave y se enrasa a cero.

ii) Con la pipeta aforada se toman exactamente 20,0 mL de la disolución de ácido acético y se vierten en el erlenmeyer. Puede añadirse un poco de agua destilada para facilitar la agitación: no altera el número de moles de ácido y, por tanto, tampoco el resultado.

iii) Se añaden dos o tres gotas de $\textbf{fenolftaleína}$. Es el indicador adecuado porque vira entre pH 8,2 y 10, y el punto de equivalencia de un ácido débil con una base fuerte cae en la zona básica: lo que queda en el matraz es acetato, que se hidroliza generando hidroxilos.

iv) Se deja caer la sosa gota a gota agitando el erlenmeyer sin parar, y más despacio a medida que el color rosa tarda en desaparecer.

v) El punto final es la primera gota que deja un color rosa pálido persistente. Se anota el volumen gastado y se repite la operación dos o tres veces, tomando la media de los valores concordantes.

vi) Con la estequiometría 1 a 1 se despeja la concentración buscada, que es lo que se ha hecho en el apartado anterior:

$M_{\text{ácido}} \cdot V_{\text{ácido}} = M_{\mathrm{NaOH}} \cdot V_{\mathrm{NaOH}}$