Ejercicio resuelto de Valoraciones ácido-base · Química · 2022

Para la determinación del contenido en ácido acético, $\text{CH}_3\text{COOH}$, de un vinagre comercial, $15\ \text{mL}$ de vinagre se diluyen con agua hasta un volumen final de $50\ \text{mL}$. La neutralización exacta de esta disolución consume $7{,}5\ \text{mL}$ de disolución acuosa de hidróxido de sodio, $\text{NaOH}$, $0{,}2\ \text{M}$.

a) Calcule la concentración del ácido acético en el vinagre comercial, expresando el resultado en % en masa (considere la densidad de la disolución de vinagre como de $1\ \text{g}/\text{mL}$). [1,0 punto]

b) Indique dónde se aloja el indicador durante la valoración y justifique, de forma razonada, si sería adecuado utilizar el Naranja de Metilo como indicador para detectar el punto final de la valoración. [1,0 punto]

Datos: intervalo de pH de cambio de color del Naranja de Metilo: $3{,}2-4{,}4$. Masas atómicas: $\text{C} = 12\ \text{u}$; $\text{H} = 1\ \text{u}$; $\text{O} = 16\ \text{u}$.

$\textbf{a) Calcule la concentración del ácido acético en el vinagre comercial, expresando el resultado en \% en masa. [1,0 punto]}$

La neutralización del ácido acético con hidróxido de sodio es 1:1, así que los moles de base gastados son los de ácido que había en la alícuota:

$\mathrm{CH_3COOH} + \mathrm{NaOH} \rightarrow \mathrm{CH_3COONa} + \mathrm{H_2O}$

$n(\mathrm{NaOH}) = c \cdot V = 0{,}2 \cdot 7{,}5 \cdot 10^{-3} = 1{,}5 \cdot 10^{-3}\ \mathrm{mol}$

$n(\mathrm{CH_3COOH}) = 1{,}5 \cdot 10^{-3}\ \mathrm{mol}$

Esos moles proceden íntegramente de los 15 mL de vinagre: la dilución hasta 50 mL cambió el volumen, pero no la cantidad de ácido. Para expresar el resultado en porcentaje en masa hacen falta la masa de ácido y la masa de vinagre.

$M(\mathrm{CH_3COOH}) = 2 \cdot 12 + 4 \cdot 1 + 2 \cdot 16 = 60\ \mathrm{g\,mol^{-1}}$

$m(\mathrm{CH_3COOH}) = 1{,}5 \cdot 10^{-3} \cdot 60 = 0{,}090\ \mathrm{g}$

La masa de vinagre se obtiene de su densidad, que el enunciado permite tomar como 1 g/mL:

$m_{\text{vinagre}} = 15\ \mathrm{mL} \cdot 1\ \mathrm{g/mL} = 15\ \mathrm{g}$

$\%\ \text{en masa} = \frac{0{,}090}{15} \cdot 100$

$\%\ \text{en masa} = 0{,}60\ \%$

El vinagre contiene, por tanto, un 0,60 % de ácido acético en masa, lo que equivale a una concentración de 0,1 M. Es un valor bajo para un vinagre comercial, que suele rondar el 5 %; el resultado sugiere que la muestra estaba ya diluida.

$\textbf{b) Indique dónde se aloja el indicador durante la valoración y justifique, de forma razonada, si sería adecuado utilizar el Naranja de Metilo como indicador para detectar el punto final de la valoración. [1,0 punto]}$

$\textbf{Dónde va el indicador.}$ En el $\textbf{matraz Erlenmeyer}$, junto con la alícuota de vinagre. Nunca en la bureta, que es donde se aloja el hidróxido de sodio valorante: allí el indicador no serviría para ver el viraje y además contaminaría la disolución patrón.

$\textbf{Si el naranja de metilo es adecuado.}$ La regla es que el intervalo de viraje del indicador contenga el pH del punto de equivalencia, de modo que hay que averiguar primero ese pH.

En el punto de equivalencia todo el ácido acético se ha transformado en acetato de sodio. Y el anión acetato es la base conjugada de un ácido débil, así que se hidroliza:

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

Esa hidrólisis genera hidroxilos, de modo que la disolución en el punto de equivalencia es $\textbf{básica}$, con un pH del orden de 8 a 9 para estas concentraciones. La valoración de un ácido débil con una base fuerte nunca termina en pH 7.

El naranja de metilo vira entre 3,2 y 4,4, es decir, en zona $\textbf{ácida}$, muy por debajo del punto de equivalencia. Cambiaría de color cuando aún quedase la mayor parte del ácido sin neutralizar, así que $\textbf{no es adecuado}$: se cerraría la llave demasiado pronto y el volumen medido sería mucho menor que el real, con un error por defecto grande en la concentración.

El indicador apropiado sería uno que vire en zona básica, como la $\textbf{fenolftaleína}$ (intervalo 8,2-10,0), que además da un viraje muy limpio de incoloro a rosa. El naranja de metilo sí serviría, en cambio, para el caso simétrico: valorar una base débil con un ácido fuerte.