Ejercicio resuelto de Valoraciones ácido-base · Química · 2020

a) [1,25 puntos]

a.1) Indique, de forma razonada, el carácter ácido, básico o neutro de la disolución acuosa resultante de la neutralización exacta de una disolución acuosa de ácido acético, $\text{CH}_3\text{COOH}$, con una disolución acuosa de hidróxido sódico, $\text{NaOH}$. [1,0 punto]

a.2) Proponga, de forma razonada, qué indicador de los recogidos en la siguiente tabla utilizaría para detectar el punto final de la neutralización. [0,25 puntos]

Indicador	Color en medio ácido	Intervalo de pH de cambio de color	Color en medio básico Naranja de metilo	Rojo	$3{,}2-4{,}4$	Amarillo anaranjado Fenolftaleína	Incoloro	$8{,}2-10{,}0$	Rosa

b) Para determinar el contenido en ácido acético ($\text{CH}_3\text{COOH}$) del vinagre, $20\ \text{mL}$ de vinagre se diluyen con agua hasta obtener un volumen final de $50\ \text{mL}$. La neutralización exacta de esta disolución consume $40\ \text{mL}$ de una disolución acuosa de hidróxido de sodio, $\text{NaOH}$, $0{,}1\ \text{M}$. Determine la concentración molar del ácido acético en el vinagre comercial. [0,75 puntos]

$\textbf{a.1) Indique, de forma razonada, el carácter ácido, básico o neutro de la disolución acuosa resultante de la neutralización exacta de una disolución acuosa de ácido acético con una disolución acuosa de hidróxido sódico. [1,0 punto]}$

«Neutralización exacta» significa que se han mezclado cantidades estequiométricas, de modo que no sobra ni ácido ni base:

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

Pero no sobrar reactivos no implica que la disolución sea neutra. Lo que hay que estudiar es la sal que queda, ion por ion.

El catión $\mathrm{Na^+}$ es el ácido conjugado del hidróxido de sodio, que es una base $\textbf{fuerte}$; su conjugado es, por tanto, despreciablemente débil y $\textbf{no se hidroliza}$: es un ion espectador.

El anión $\mathrm{CH_3COO^-}$, en cambio, es la base conjugada del ácido acético, que es un ácido $\textbf{débil}$. Al no ser despreciable, sí se hidroliza y capta un protón del agua:

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

Esa hidrólisis libera hidroxilos, de modo que la disolución resultante es $\textbf{básica}$, con un pH mayor que 7.

La constante de esa hidrólisis se obtiene de la del ácido:

$K_{\mathrm{b}}(\mathrm{CH_3COO^-}) = \frac{K_w}{K_{\mathrm{a}}(\mathrm{CH_3COOH})} = \frac{1{,}0 \cdot 10^{-14}}{1{,}8 \cdot 10^{-5}} = 5{,}6 \cdot 10^{-10}$

Es pequeña, así que la basicidad es moderada —el pH ronda 8 o 9 para concentraciones habituales—, pero inequívoca. La regla general que ilustra este apartado es que el carácter de la disolución lo marca el reactivo $\textbf{fuerte}$ de la pareja: base fuerte con ácido débil da sal básica, y ácido fuerte con base débil, sal ácida.

$\textbf{a.2) Proponga, de forma razonada, qué indicador de los recogidos en la siguiente tabla utilizaría para detectar el punto final de la neutralización. [0,25 puntos]}$

El intervalo de viraje del indicador debe contener el pH del punto de equivalencia, que según el apartado anterior está en zona básica, entre 8 y 9.

El $\textbf{naranja de metilo}$ vira entre 3,2 y 4,4, en zona ácida: cambiaría de color cuando aún quedase la mayor parte del ácido sin neutralizar, y el volumen medido saldría por defecto. No sirve.

La $\textbf{fenolftaleína}$ vira entre 8,2 y 10,0, intervalo que contiene el pH del punto de equivalencia. Es la $\textbf{adecuada}$, y además su viraje de incoloro a rosa es especialmente limpio y fácil de apreciar.

$\textbf{b) Determine la concentración molar del ácido acético en el vinagre comercial. [0,75 puntos]}$

La neutralización es 1:1, así que los moles de base gastados son los de ácido presentes en la muestra:

$n(\mathrm{NaOH}) = c \cdot V = 0{,}1 \cdot 40 \cdot 10^{-3} = 4{,}0 \cdot 10^{-3}\ \mathrm{mol}$

$n(\mathrm{CH_3COOH}) = 4{,}0 \cdot 10^{-3}\ \mathrm{mol}$

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

$c(\mathrm{CH_3COOH}) = \frac{4{,}0 \cdot 10^{-3}}{20 \cdot 10^{-3}}$

$c(\mathrm{CH_3COOH}) = 0{,}20\ \mathrm{mol\,L^{-1}}$

El vinagre es, por tanto, 0,20 M en ácido acético, lo que con $M = 60\ \mathrm{g\,mol^{-1}}$ equivale a 12 g/L, es decir, un 1,2 % en masa.