Ejercicio resuelto de Valoraciones ácido-base · Química · 2020

En la realización de una volumetría ácido-base para determinar la concentración de ácido acético ($\text{CH}_3\text{COOH}$) en un vinagre comercial, empleando hidróxido de sodio ($\text{NaOH}$) como reactivo valorante, $20\ \text{mL}$ del vinagre se diluyen con $50\ \text{mL}$ de agua. La neutralización exacta de esta disolución consume $15\ \text{mL}$ de una disolución acuosa de hidróxido de sodio, $\text{NaOH}$, $0{,}1\ \text{M}$.

a) Calcule la concentración de ácido acético en el vinagre comercial e indique dónde colocaría la disolución acuosa de $\text{NaOH}$ para realizar la valoración. [1,0 punto]

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

Indicador	Color (medio ácido)	Color (medio básico)	Intervalo de pH de cambio de color Amarillo de metilo	Rojo	Amarillo	$2{,}0-4{,}0$ Verde de bromocresol	Amarillo	Azul	$4{,}0-5{,}6$ Rojo de fenol	Amarillo	Rojo	$6{,}8-8{,}4$

$\textbf{a) Calcule la concentración de ácido acético en el vinagre comercial e indique dónde colocaría la disolución acuosa de NaOH para realizar la valoración. [1,0 punto]}$

La neutralización del ácido acético con hidróxido de sodio es 1:1, de modo que los moles de base gastados son los de ácido presentes en la muestra:

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

$n(\mathrm{NaOH}) = c \cdot V = 0{,}1 \cdot 15 \cdot 10^{-3} = 1{,}5 \cdot 10^{-3}\ \mathrm{mol}$

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

Esos moles proceden íntegramente de los 20 mL de vinagre. La dilución con 50 mL de agua aumentó el volumen, pero no la cantidad de ácido, así que no interviene en el cálculo:

$c(\mathrm{CH_3COOH}) = \frac{1{,}5 \cdot 10^{-3}}{20 \cdot 10^{-3}}$

$c(\mathrm{CH_3COOH}) = 7{,}5 \cdot 10^{-2}\ \mathrm{mol\,L^{-1}}$

El vinagre es, por tanto, 0,075 M en ácido acético, lo que con $M = 60\ \mathrm{g\,mol^{-1}}$ equivale a 4,5 g/L, o un 0,45 % en masa.

$\textbf{Dónde va el NaOH.}$ En la $\textbf{bureta}$. Es el reactivo valorante, de concentración conocida, y es su volumen el que hay que medir con precisión para hacer el cálculo; el vinagre va en el matraz Erlenmeyer.

$\textbf{b) Proponga, de forma razonada, cuál de los indicadores que aparecen recogidos en la siguiente tabla utilizaría para identificar el punto de equivalencia, indicando el cambio de color que se observaría, e indique el nombre del material en donde colocaría el indicador durante la realización de la valoración. [1,0 punto]}$

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

Se valora un $\textbf{ácido débil}$ con una $\textbf{base fuerte}$. En el punto de equivalencia todo el ácido se ha convertido 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 libera hidroxilos, de modo que el punto de equivalencia cae en zona $\textbf{básica}$, con un pH del orden de 8 a 9. No es neutro, aunque no sobre ni ácido ni base.

Con ese dato se descartan dos de los tres indicadores de la tabla:

El $\textbf{amarillo de metilo}$ vira entre 2,0 y 4,0, en zona muy ácida: cambiaría de color casi al empezar, cuando aún estuviese sin neutralizar la mayor parte del ácido. No sirve.

El $\textbf{verde de bromocresol}$ vira entre 4,0 y 5,6, también por debajo del punto de equivalencia. Tampoco sirve.

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

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

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