Ejercicio resuelto de Valoraciones ácido-base · Química · 2021

a) Para la valoración de un ácido débil, ${\text{CH}}_3\text{COOH}(ac)$, con una base fuerte, $\text{NaOH}(ac)$, se ha seleccionado como indicador el Rojo de Metilo, que presenta un color rojo en medio ácido y un color amarillo en medio básico y cuyo intervalo de pH de cambio de color es: $\mathrm{4,8}-\mathrm{6,0}$.

a.1) Indique, de forma razonada, si el indicador elegido sería adecuado para identificar el punto de equivalencia o daría lugar a un error en la valoración. [0,75 puntos]

a.2) Indique el material de laboratorio en el que se añade este indicador. [0,25 puntos]

b) Dibuje un esquema del dispositivo experimental necesario para realizar una valoración ácido-base, indicando el nombre del material de laboratorio utilizado. [1,0 punto]

$\mathbf{\text{a.1)}}\mathbf{\text{Indique,}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{forma}}\mathbf{\text{razonada,}}\mathbf{\text{si}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{indicador}}\mathbf{\text{elegido}}\mathbf{\text{ser}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{adecuado}}\mathbf{\text{para}}\mathbf{\text{identificar}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{punto}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{equivalencia}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{dar}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{lugar}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{error}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{valoraci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n.}}\mathbf{\text{[0,75}}\mathbf{\text{puntos]}}$

La regla es que el intervalo de viraje del indicador debe contener el pH del punto de equivalencia, así que hay que empezar averiguando ese pH.

En el punto de equivalencia todo el ácido acético se ha convertido en acetato de sodio:

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}+\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}\to \mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{N}\mathrm{a}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

Lo que queda en el matraz es una disolución de la sal, y el anión acetato es la base conjugada de un ácido débil, de modo que se hidroliza:

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{C}\mathrm{O}{\mathrm{O}}^{-}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\rightleftharpoons \mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}+\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}$

Esa hidrólisis libera hidroxilos, así que el punto de equivalencia cae en zona $\mathbf{\text{b}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{sica}}$, con un pH del orden de 8 a 9 para las concentraciones habituales. No es neutro, aunque no sobre ni ácido ni base: la valoración de un ácido débil con una base fuerte nunca termina en pH 7.

El rojo de metilo vira entre 4,8 y 6,0, es decir, en zona $\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cida}}$, dos o tres unidades de pH por debajo del punto de equivalencia. Por tanto $\mathbf{\text{no}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{adecuado}}$ y $\mathbf{\text{dar}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{lugar}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{error}}$: cambiaría de color cuando aún quedase ácido sin neutralizar, se cerraría la llave demasiado pronto y el volumen medido resultaría menor que el real. El error sería, pues, por defecto, y con él la concentración calculada saldría más baja que la verdadera.

Lo adecuado sería un indicador que virase en zona básica, como la fenolftaleína (8,2-10,0), que además da un viraje muy limpio de incoloro a rosa. El rojo de metilo sí serviría para el caso simétrico: valorar una base débil con un ácido fuerte, cuyo punto de equivalencia es ácido.

$\mathbf{\text{a.2)}}\mathbf{\text{Indique}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{material}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{laboratorio}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{a}}\widetilde{\mathbf{\text{n}}}\mathbf{\text{ade}}\mathbf{\text{este}}\mathbf{\text{indicador.}}\mathbf{\text{[0,25}}\mathbf{\text{puntos]}}$

En el $\mathbf{\text{matraz}}\mathbf{\text{Erlenmeyer}}$, junto con la alícuota de ácido acético que se va a valorar. Nunca en la bureta, que es donde se aloja el hidróxido de sodio: allí el indicador no permitiría ver el viraje en el momento de la reacción y además contaminaría la disolución patrón.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Dibuje}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{esquema}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{dispositivo}}\mathbf{\text{experimental}}\mathbf{\text{necesario}}\mathbf{\text{para}}\mathbf{\text{realizar}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{valoraci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cido-base,}}\mathbf{\text{indicando}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{nombre}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{material}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{laboratorio}}\mathbf{\text{utilizado.}}\mathbf{\text{[1,0}}\mathbf{\text{punto]}}$

El montaje consta de dos piezas fundamentales, una encima de otra, y sus accesorios. Descrito de arriba abajo:

$\mathbf{\text{Soporte}}$ (pie metálico) con una $\mathbf{\text{nuez}}$ y una $\mathbf{\text{pinza}}$, que sujetan la bureta en posición estrictamente vertical.

$\mathbf{\text{Bureta}}$, graduada de arriba abajo y con una $\mathbf{\text{llave}}$ en su extremo inferior. Contiene la disolución $\mathbf{\text{valorante}}$ de concentración conocida —en este caso el $\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}$— y es la que mide el volumen añadido. Se llena por arriba con ayuda de un $\mathbf{\text{embudo}}$ pequeño.

$\mathbf{\text{Matraz}}\mathbf{\text{Erlenmeyer}}$, colocado justo debajo de la punta de la bureta, sobre la base del soporte o sobre un agitador. Contiene la $\mathbf{\text{al}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{cuota}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{muestra}}$ medida con pipeta aforada y las gotas de $\mathbf{\text{indicador}}$. Su forma cónica permite agitar por rotación sin salpicar.

Como complementos, la $\mathbf{\text{pipeta}}\mathbf{\text{aforada}}$ con su aspirador para tomar la alícuota, un $\mathbf{\text{vaso}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{precipitados}}$ para los trasvases y un $\mathbf{\text{frasco}}\mathbf{\text{lavador}}$ con agua destilada para arrastrar las gotas que queden en las paredes del Erlenmeyer. A menudo se coloca además una hoja de papel blanco bajo el matraz, para apreciar mejor el cambio de color.

Dos detalles del montaje que conviene no olvidar: la punta de la bureta debe quedar $\mathbf{\text{dentro}}$ del cuello del Erlenmeyer, para que ninguna gota se pierda, y antes de empezar hay que purgar la llave para que no quede aire en la punta, porque una burbuja falsearía la lectura del volumen.