Ejercicio resuelto de Valoraciones ácido-base · Química · 2024

a) [1,25 puntos] En la gráfica se muestran dos curvas de valoración ácido-base: una en trazo continuo y la otra en discontinuo. El agente valorante es, en ambos casos, la misma disolución acuosa de hidróxido de sodio, $\text{NaOH}$. En un caso se valora un ácido débil, y en el otro uno fuerte (los dos de la misma concentración). Las dos curvas coinciden a partir de $V_{\text{NaOH}}=8\text{ mL}$.



a.1) Explique qué curva corresponde a cada ácido. [0,75 puntos]

a.2) ¿Cuál es el volumen de equivalencia cuando se valora el ácido débil? [0,25 puntos]

a.3) ¿Cuál es el volumen de equivalencia cuando se valora el ácido fuerte? [0,25 puntos]

b) Copie en el pliego en blanco la fórmula estructural desarrollada que se muestra a continuación y señale y nombre todos los grupos funcionales que aparecen en ella. [0,75 puntos]

$\mathbf{\text{a.1)}}\mathbf{\text{Explique}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{curva}}\mathbf{\text{corresponde}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{cada}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cido.}}\mathbf{\text{[0,75}}\mathbf{\text{puntos]}}$

Como las dos disoluciones tienen la misma concentración, lo que las distingue es el grado de disociación, y eso se lee en el $\mathbf{\text{punto}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{partida}}$ de cada curva:

La curva de trazo $\mathbf{\text{continuo}}$ arranca en $\mathrm{p}\mathrm{H}=2$. Un pH tan bajo solo lo da un ácido totalmente disociado, en el que la concentración de protones coincide con la del ácido. Corresponde al $\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cido}}\mathbf{\text{fuerte}}$.

La curva de trazo $\mathbf{\text{discontinuo}}$ arranca en torno a $\mathrm{p}\mathrm{H}=\mathrm{3,7}$, casi dos unidades por encima, aunque el ácido esté igual de concentrado: solo una pequeña fracción se ha ionizado. Corresponde al $\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cido}}\mathbf{\text{d}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{bil}}$.

Hay una segunda comprobación, independiente de dónde empiece cada una. La curva discontinua sube muy despacio entre 2 y 6 mL, formando una zona casi plana: es la región tamponada que aparece cuando coexisten el ácido débil y su base conjugada. La continua, en cambio, se mantiene baja y salta de golpe. Y el salto del ácido débil es además más corto y centrado en un pH claramente básico, mientras que el del fuerte pasa por $\mathrm{p}\mathrm{H}=7$.

$\mathbf{\text{a.2)}}\mathbf{\text{¿Cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{volumen}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{equivalencia}}\mathbf{\text{cuando}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{valora}}\mathbf{\text{el}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cido}}\mathbf{\text{d}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{bil?}}\mathbf{\text{[0,25}}\mathbf{\text{puntos]}}$

El punto de equivalencia es el salto brusco de la curva, que en la discontinua está en:

$V_{\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}}=8\mathrm{m}\mathrm{L}$

$\mathbf{\text{a.3)}}\mathbf{\text{¿Cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{volumen}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{equivalencia}}\mathbf{\text{cuando}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{valora}}\mathbf{\text{el}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cido}}\mathbf{\text{fuerte?}}\mathbf{\text{[0,25}}\mathbf{\text{puntos]}}$

$V_{\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}}=8\mathrm{m}\mathrm{L}$

Es el mismo, y no es casualidad: el volumen de equivalencia solo depende de la $\mathbf{\text{cantidad}}$ de ácido que hay que neutralizar, no de su fuerza.

$n(\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-})\text{a}\tilde{\text{n}}\text{adidos}=n(\mathrm{H}\mathrm{A})\text{ iniciales}$

Al ser iguales las concentraciones y los volúmenes de los dos ácidos, hace falta el mismo número de moles de base en los dos casos. Por eso las dos curvas coinciden a partir de los 8 mL: una vez neutralizado el ácido, lo único que gobierna el pH es el exceso de $\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}$, que es el mismo para las dos.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Copie}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{pliego}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{blanco}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{f}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{rmula}}\mathbf{\text{estructural}}\mathbf{\text{desarrollada}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{muestra}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{continuaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{se}}\widetilde{\mathbf{\text{n}}}\mathbf{\text{ale}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{nombre}}\mathbf{\text{todos}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{grupos}}\mathbf{\text{funcionales}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{aparecen}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{ella.}}\mathbf{\text{[0,75}}\mathbf{\text{puntos]}}$

La cadena tiene ocho carbonos y en ella se reconocen tres grupos funcionales:



Un grupo $\mathbf{\text{hidroxilo}}$, $-\mathrm{O}\mathrm{H}$, sobre un carbono que además lleva un hidrógeno y dos cadenas: es la función $\mathbf{\text{alcohol}}$, y por el entorno del carbono, un alcohol secundario.

Dos grupos $\mathbf{\text{carbonilo}}$, $\mathrm{C}=\mathrm{O},$ situados los dos en carbonos internos de la cadena, cada uno con dos restos de carbono a los lados: son dos funciones $\mathbf{\text{cetona}}$. Si el carbonilo estuviese en un extremo, con un hidrógeno, sería un aldehído.

Numerando la cadena por el extremo que da los localizadores más bajos a los carbonilos, el compuesto es la 6-hidroxioctano-2,4-diona. Los dos carbonilos están en posiciones 2 y 4, es decir, separados por un solo carbono: es una $\beta$-dicetona, de las que tienen un hidrógeno central especialmente ácido.