Ejercicio resuelto de Valoraciones ácido-base · Química · 2020

a) En un laboratorio se han preparado dos disoluciones por separado de $\mathrm{CH_3COOH}$ y $\mathrm{CH_3COONa}$. Sin hacer ningún cálculo numérico, indique de forma razonada si estas disoluciones son ácidas, básicas o neutras.

Datos: $K_\mathrm{a}\,(\mathrm{CH_3COOH}) = 1{,}8 \times 10^{-5}$.

b) ¿Qué cantidad (en gramos) de $\mathrm{Mg(OH)_2}$ se ha de utilizar para neutralizar completamente 100,0 mL de una disolución 0,5 M de HCl?

c) Indique el material de laboratorio necesario para llevar a cabo una valoración ácido-base.

Datos: masas atómicas relativas: $\mathrm{H} = 1{,}0$; $\mathrm{O} = 16{,}0$; $\mathrm{Mg} = 24{,}3$.

$\textbf{a) En un laboratorio se han preparado dos disoluciones por separado de CH₃COOH y CH₃COONa. Sin hacer ningún cálculo numérico, indique de forma razonada si estas disoluciones son ácidas, básicas o neutras.}$

$\textbf{La disolución de CH}_3\textbf{COOH es ácida.}$

El ácido acético es un ácido débil: se ioniza solo parcialmente, pero lo hace, y libera protones al medio.

$\mathrm{CH_3COOH} + \mathrm{H_2O} \rightleftharpoons \mathrm{CH_3COO^-} + \mathrm{H_3O^+}$

Que $K_a = 1{,}8 \cdot 10^{-5}$ sea pequeña significa que el equilibrio está poco desplazado a la derecha, así que el pH será menor que 7 pero no tan bajo como el de un ácido fuerte de la misma concentración.

$\textbf{La disolución de CH}_3\textbf{COONa es básica.}$

La sal se disocia por completo al disolverse:

$\mathrm{CH_3COONa} \rightarrow \mathrm{CH_3COO^-} + \mathrm{Na^+}$

El catión sodio procede de una base fuerte y no se hidroliza. El anión acetato, en cambio, es la base conjugada de un ácido débil y por tanto una base apreciable, que sí reacciona con el agua:

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

Esa hidrólisis genera hidroxilos y hace que el pH sea mayor que 7. Es la regla general: la sal de un ácido débil con una base fuerte da disolución básica.

$\textbf{b) ¿Qué cantidad (en gramos) de Mg(OH)₂ se ha de utilizar para neutralizar completamente 100,0 mL de una disolución 0,5 M de HCl?}$

La reacción de neutralización, ajustada, es:

$\mathrm{Mg(OH)_2} + 2\,\mathrm{HCl} \rightarrow \mathrm{MgCl_2} + 2\,\mathrm{H_2O}$

El hidróxido de magnesio es una base $\textbf{diprótica}$: cada unidad aporta dos hidroxilos, así que neutraliza dos moles de ácido.

$n(\mathrm{HCl}) = M \cdot V = 0{,}5 \cdot 0{,}1000 = 0{,}0500\ \mathrm{mol}$

$n(\mathrm{Mg(OH)_2}) = \dfrac{0{,}0500}{2} = 0{,}0250\ \mathrm{mol}$

Con $M(\mathrm{Mg(OH)_2}) = 24{,}3 + 2\,(16{,}0 + 1{,}0) = 58{,}3$ g/mol:

$m = 0{,}0250 \cdot 58{,}3 = 1{,}46\ \mathrm{g}$

$\textbf{c) Indique el material de laboratorio necesario para llevar a cabo una valoración ácido-base.}$

i) Una $\textbf{bureta}$ con su soporte y pinza, donde se coloca la disolución valorante y desde la que se añade gota a gota midiendo el volumen consumido.

ii) Una $\textbf{pipeta aforada}$ con aspirador o pera de succión, para tomar un volumen exacto de la disolución problema.

iii) Un $\textbf{matraz erlenmeyer}$, donde se recoge la muestra y se agita durante toda la valoración; su forma cónica evita salpicaduras.

iv) Un $\textbf{embudo}$ pequeño para llenar la bureta, un $\textbf{frasco lavador}$ con agua destilada y un $\textbf{vaso de precipitados}$ para los trasvases.

v) Un $\textbf{indicador}$ adecuado al pH del punto de equivalencia: fenolftaleína si se valora un ácido débil con una base fuerte, naranja de metilo en el caso contrario.

Y, como siempre en el laboratorio, bata, guantes y gafas de seguridad.