Ejercicio resuelto de Valoraciones ácido-base · Química · 2021

La determinación de la concentración de ácido acético, ${\text{CH}}_3\text{COOH}$, en un vinagre comercial puede llevarse a cabo a través de la realización de una valoración ácido-base empleando hidróxido de sodio, $\text{NaOH}$, como reactivo valorante.

a) Indique el nombre del material de laboratorio necesario para llevar a cabo dicha valoración. [1,0 punto]

b) Proponga, de forma razonada, cuál de los dos indicadores que aparecen recogidos en la tabla utilizaría para identificar el punto de equivalencia, indicando el cambio de color que se observaría. Señale el material en el que se colocaría el indicador durante la valoración. [1,0 punto]

Indicador	Color (medio ácido)	Color (medio básico)	Intervalo de pH de cambio de color Rojo de clorofenol	Rojo	Azul	$\mathrm{4,8}-\mathrm{6,4}$ Rojo de fenol	Amarillo	Rojo	$\mathrm{6,8}-\mathrm{8,4}$

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Indique}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{nombre}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{material}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{laboratorio}}\mathbf{\text{necesario}}\mathbf{\text{para}}\mathbf{\text{llevar}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{cabo}}\mathbf{\text{dicha}}\mathbf{\text{valoraci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n.}}\mathbf{\text{[1,0}}\mathbf{\text{punto]}}$

Una volumetría ácido-base exige medir con precisión el volumen de la muestra y el del valorante, y contar con un recipiente donde ocurra la reacción:

$\mathbf{\text{Bureta}}$, graduada y con llave, para la disolución de hidróxido de sodio de concentración conocida. Es la que mide el volumen añadido, del que se deduce todo lo demás.

$\mathbf{\text{Pipeta}}\mathbf{\text{aforada}}$, con su aspirador o pera de succión, para tomar exactamente la alícuota de vinagre. Mide un único volumen, pero con mucha mayor exactitud que una graduada.

$\mathbf{\text{Matraz}}\mathbf{\text{Erlenmeyer}}$, donde se recoge la alícuota junto con el indicador y donde tiene lugar la reacción; su forma cónica permite agitar por rotación sin salpicar.

$\mathbf{\text{Matraz}}\mathbf{\text{aforado}}$, si se quiere diluir previamente el vinagre para que su color no oculte el viraje.

$\mathbf{\text{Soporte}}$ con $\mathbf{\text{nuez}}$ y $\mathbf{\text{pinza}}$, para sujetar la bureta en posición vertical.

$\mathbf{\text{Embudo}}$ pequeño para llenar la bureta, $\mathbf{\text{vaso}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{precipitados}}$ para los trasvases y $\mathbf{\text{frasco}}\mathbf{\text{lavador}}$ con agua destilada para arrastrar las gotas de las paredes.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Proponga,}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{forma}}\mathbf{\text{razonada,}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{dos}}\mathbf{\text{indicadores}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{aparecen}}\mathbf{\text{recogidos}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{tabla}}\mathbf{\text{utilizar}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{para}}\mathbf{\text{identificar}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{punto}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{equivalencia,}}\mathbf{\text{indicando}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{cambio}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{color}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{observar}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a.}}\mathbf{\text{Se}}\widetilde{\mathbf{\text{n}}}\mathbf{\text{ale}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{material}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{colocar}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{indicador}}\mathbf{\text{durante}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{valoraci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n.}}\mathbf{\text{[1,0}}\mathbf{\text{punto]}}$

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

Se valora un $\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cido}}\mathbf{\text{d}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{bil}}$ (el acético) con una $\mathbf{\text{base}}\mathbf{\text{fuerte}}$. En el punto de equivalencia todo el ácido se ha convertido en acetato de sodio:

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

Y el anión acetato es la base conjugada de un ácido débil, de modo que se hidroliza y libera hidroxilos:

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

El punto de equivalencia cae, por tanto, en zona $\mathbf{\text{b}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{sica}}$, con un pH del orden de 8 a 9. 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.

Con ese dato se eligen los dos indicadores de la tabla:

El $\mathbf{\text{rojo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{clorofenol}}$ vira entre 4,8 y 6,4, es decir, en zona ácida, dos unidades por debajo del punto de equivalencia. Cambiaría de color cuando aún quedase ácido sin neutralizar y el volumen medido saldría por defecto: no sirve.

El $\mathbf{\text{rojo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{fenol}}$ vira entre 6,8 y 8,4, intervalo que sí contiene el pH del punto de equivalencia. Es el $\mathbf{\text{adecuado}}$.

$\mathbf{\text{Cambio}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{color}}\mathbf{\text{observado.}}$ Se parte del vinagre, en medio ácido, donde el rojo de fenol es $\mathbf{\text{amarillo}}$, y se termina en medio básico, donde es $\mathbf{\text{rojo}}$. El viraje que hay que buscar es, por tanto, de amarillo a rojo, y se toma como punto final la primera gota que deja el color permanente al agitar.

$\mathbf{\text{D}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nde}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{coloca}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{indicador.}}$ En el $\mathbf{\text{matraz}}\mathbf{\text{Erlenmeyer}}$, junto con la alícuota de vinagre. Nunca en la bureta, que es donde va el hidróxido de sodio valorante: allí no permitiría ver el viraje en el momento de la reacción y además contaminaría la disolución patrón.