Ejercicio resuelto de Valoraciones ácido-base · Química · 2023

a) Escriba el procedimiento experimental seguido en la realización de una volumetría ácido-base. [1,00 punto]

b) En un vaso de precipitados, a presión atmosférica y temperatura ambiente, se establece el siguiente equilibrio químico: [1,00 punto]

$[\text{Fe(H}_2\text{O)}_6]^{3+}(aq) + \text{SCN}^-(aq) \rightleftharpoons [\text{Fe(H}_2\text{O)}_5(\text{SCN})]^{2+}(aq) + \text{H}_2\text{O}(l)$

El complejo $[\text{Fe(H}_2\text{O)}_6]^{3+}$ es incoloro, lo mismo que el anión $\text{SCN}^-$. El complejo $[\text{Fe(H}_2\text{O)}_5(\text{SCN})]^{2+}$, por el contrario, presenta un color rojo intenso. Si, una vez establecido el equilibrio químico, se calienta el vaso de precipitados, se observa que la intensidad del color rojo de la disolución disminuye. Explique, a partir de esta observación, si la reacción es endotérmica o exotérmica.

$\textbf{a) Escriba el procedimiento experimental seguido en la realización de una volumetría ácido-base. [1,00 punto]}$

La idea de la técnica es añadir sobre una cantidad desconocida de ácido (o de base) un volumen medido de una disolución de concentración conocida, hasta alcanzar la neutralización exacta; de ese volumen se deduce la cantidad de muestra. El procedimiento se hace por pasos:

i) Se $\textbf{enrasa la bureta}$ con la disolución valorante, cuya concentración se conoce, llenándola con ayuda de un embudo y purgando la llave para que no queden burbujas de aire en la punta. Se anota la lectura inicial.

ii) Se toma con una $\textbf{pipeta aforada}$ una alícuota de la muestra y se vierte en un matraz Erlenmeyer. Si conviene, se diluye con agua destilada: añadir agua no cambia el número de moles de ácido, y por tanto no altera el resultado.

iii) Se añaden al Erlenmeyer unas $\textbf{gotas de indicador}$, elegido de modo que su intervalo de viraje contenga el pH del punto de equivalencia. El indicador va siempre en el Erlenmeyer, con la muestra, nunca en la bureta.

iv) Se deja caer el valorante $\textbf{gota a gota}$, agitando el Erlenmeyer por rotación continuamente. Al acercarse al final, el color aparece y desaparece cada vez más despacio, y conviene arrastrar con el frasco lavador las gotas adheridas a las paredes.

v) Se cierra la llave en cuanto el cambio de color $\textbf{persiste}$ tras agitar: ese es el punto final. Se anota la lectura de la bureta y, por diferencia con la inicial, se obtiene el volumen consumido.

vi) Se repite la valoración dos o tres veces y se toma la $\textbf{media}$ de los volúmenes concordantes. Con la estequiometría de la reacción se calcula entonces la concentración buscada.

$\textbf{b) Explique, a partir de esta observación, si la reacción es endotérmica o exotérmica. [1,00 punto]}$

Lo que se observa es un cambio de color, y el color solo lo aporta el complejo $[\mathrm{Fe(H_2O)_5(SCN)}]^{2+}$; su intensidad mide por tanto la concentración de esa especie.

Al calentar, el color rojo $\textbf{disminuye}$: hay menos complejo coloreado, de modo que el equilibrio se ha desplazado hacia la $\textbf{izquierda}$, es decir, hacia los reactivos.

$[\mathrm{Fe(H_2O)_6}]^{3+} + \mathrm{SCN^-} \rightleftharpoons [\mathrm{Fe(H_2O)_5(SCN)}]^{2+} + \mathrm{H_2O}$

El principio de Le Chatelier, aplicado a la temperatura, dice que un aumento de $T$ desplaza el equilibrio en el sentido en que se $\textbf{absorbe}$ calor, porque así el sistema contrarresta el aporte energético. Como aquí el desplazamiento es hacia la izquierda, el sentido endotérmico es el $\textbf{inverso}$; y por tanto la reacción directa, la formación del complejo, es $\textbf{exotérmica}$:

$\Delta H < 0$

Otra forma de decirlo, útil para comprobarlo: si se escribe el calor como un participante más,

$[\mathrm{Fe(H_2O)_6}]^{3+} + \mathrm{SCN^-} \rightleftharpoons [\mathrm{Fe(H_2O)_5(SCN)}]^{2+} + \mathrm{H_2O} + \text{calor}$

calentar equivale a añadir producto, y el sistema responde consumiéndolo, es decir, retrocediendo. La predicción coincide con lo observado.