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]

$\textbf{a.1) Explique qué curva corresponde a cada ácido. [0,75 puntos]}$

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

La curva de trazo $\textbf{continuo}$ arranca en $\mathrm{pH} = 2$. 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 $\textbf{ácido fuerte}$.

La curva de trazo $\textbf{discontinuo}$ arranca en torno a $\mathrm{pH} = 3{,}7$, casi dos unidades por encima, aunque el ácido esté igual de concentrado: solo una pequeña fracción se ha ionizado. Corresponde al $\textbf{ácido débil}$.

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 $\mathrm{pH} = 7$.

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

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

$V_{\mathrm{NaOH}} = 8\ \mathrm{mL}$

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

$V_{\mathrm{NaOH}} = 8\ \mathrm{mL}$

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

$n(\mathrm{OH^-})\ \text{añadidos} = n(\mathrm{HA})\ \text{iniciales}$

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 $\mathrm{NaOH}$, que es el mismo para las dos.

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

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



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

Dos grupos $\textbf{carbonilo}$, $\mathrm{C{=}O},$ situados los dos en carbonos internos de la cadena, cada uno con dos restos de carbono a los lados: son dos funciones $\textbf{cetona}$. 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.