Ejercicio resuelto de Valoraciones ácido-base · Química · 2022

En el laboratorio se encuentra una botella con una disolución de $\text{HNO}_3$ en cuya etiqueta se indica que es del 35% de riqueza en masa y que tiene una densidad de 1,12 $\text{g}\cdot\text{mL}^{-1}$.

a) Calcule la concentración molar de la disolución de $\text{HNO}_3$ de la botella. (0,75 puntos)

b) Se quieren neutralizar 10 mL de esa disolución de $\text{HNO}_3$, y para ello se añaden 300 mL de una disolución 0,25 M de NaOH. ¿Se ha logrado una neutralización exacta? Calcule el pH de la disolución resultante. Suponga que los volúmenes son aditivos. (1,25 puntos)

Datos: masas atómicas: $\text{H} = 1$; $\text{N} = 14$; $\text{O} = 16$.

$\textbf{a) Calcule la concentración molar de la disolución de HNO₃ de la botella. (0,75 puntos)}$

Los datos de la etiqueta son la riqueza y la densidad, así que conviene partir de un litro de disolución y contar los moles de ácido que contiene.

$M(\mathrm{HNO_3}) = 1 + 14 + 3 \cdot 16 = 63\ \mathrm{g/mol}$

$m_{\text{disolución}} = 1000 \cdot 1{,}12 = 1120\ \mathrm{g}$

$m(\mathrm{HNO_3}) = 1120 \cdot 0{,}35 = 392\ \mathrm{g}$

$[\mathrm{HNO_3}] = \frac{392}{63} = 6{,}22\ \mathrm{mol/L}$

$\textbf{b) ¿Se ha logrado una neutralización exacta? Calcule el pH de la disolución resultante. (1,25 puntos)}$

Hay que comparar los moles de ácido y de base, porque solo si coinciden la neutralización es exacta.

$n(\mathrm{HNO_3}) = 6{,}22 \cdot 0{,}010 = 0{,}062\ \mathrm{mol}$

$n(\mathrm{NaOH}) = 0{,}25 \cdot 0{,}300 = 0{,}075\ \mathrm{mol}$

La reacción es mol a mol:

$\mathrm{HNO_3} + \mathrm{NaOH} \rightarrow \mathrm{NaNO_3} + \mathrm{H_2O}$

Hay más base que ácido, de modo que el $\mathrm{HNO_3}$ es el reactivo limitante y sobra NaOH: la neutralización no es exacta.

$n(\mathrm{NaOH})_{\text{sobrante}} = 0{,}075 - 0{,}062 = 0{,}013\ \mathrm{mol}$

Ese hidróxido en exceso es el que fija el pH, y se reparte en el volumen total de la mezcla:

$V_{\text{total}} = 10 + 300 = 310\ \mathrm{mL} = 0{,}310\ \mathrm{L}$

Como el NaOH es una base fuerte, se disocia por completo y cada mol da un mol de hidroxilo:

$[\mathrm{OH^-}] = \frac{0{,}013}{0{,}310} = 0{,}041\ \mathrm{M}$

$\mathrm{pOH} = -\log (0{,}041) = 1{,}38$

$\mathrm{pH} = 14 - 1{,}38 = 12{,}62$

La disolución resultante es fuertemente básica, como corresponde a un exceso de base fuerte. El nitrato de sodio que se ha formado no interviene: ninguno de sus dos iones se hidroliza.