Ejercicio resuelto de Valoraciones ácido-base · Química · 2020

PREGUNTA 7.
2,0 mL de un ácido nítrico del 58 % de riqueza en masa y densidad 1,36 $\mathrm{g}\cdot \mathrm{m}{\mathrm{L}}^{-1}$ se diluyen con agua hasta completar 250 mL de disolución.

7.1. Calcule el volumen de disolución de hidróxido de sodio 0,10 M necesario para neutralizar 10 mL de la disolución preparada de ácido nítrico, escribiendo la reacción que tiene lugar.
7.2. Describa el procedimiento experimental y nombre el material necesario para realizar la valoración.

$\mathbf{\text{7.1.}}\mathbf{\text{Calcule}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{volumen}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{disoluci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{hidr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{xido}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{sodio}}\mathbf{\text{0,10}}\mathbf{\text{M}}\mathbf{\text{necesario}}\mathbf{\text{para}}\mathbf{\text{neutralizar}}\mathbf{\text{10}}\mathbf{\text{mL}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{disoluci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{preparada}}\mathbf{\text{de}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cido}}\mathbf{\text{n}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{trico,}}\mathbf{\text{escribiendo}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{reacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{tiene}}\mathbf{\text{lugar.}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

Se parte del ácido comercial y se recorre el camino volumen $\to$ masa de disolución $\to$ masa de soluto $\to$ moles:

$m_{\text{disoluci}\acute{\text{o}}\text{n}}=V\cdot d=\mathrm{2,0}\cdot \mathrm{1,36}=\mathrm{2,72}\mathrm{g}$

$m(\mathrm{H}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3)=\mathrm{2,72}\cdot \mathrm{0,58}=\mathrm{1,58}\mathrm{g}$

Con $M(\mathrm{H}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3)=\mathrm{1,0}+\mathrm{14,0}+3\cdot \mathrm{16,0}=\mathrm{63,0}$ g/mol:

$n(\mathrm{H}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3)={\displaystyle \frac{\mathrm{1,58}}{\mathrm{63,0}}}=\mathrm{0,0250}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}$

Esos moles están ahora en los 250 mL de disolución preparada:

$c={\displaystyle \frac{\mathrm{0,0250}}{\mathrm{0,250}}}=\mathrm{0,100}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\mathrm{/}\mathrm{L}$

La reacción de neutralización es entre un ácido fuerte y una base fuerte, en proporción 1:1:

$\mathrm{H}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3(\mathrm{a}\mathrm{c})+\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}(\mathrm{a}\mathrm{c})\to \mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3(\mathrm{a}\mathrm{c})+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}(\mathrm{l})$

De la disolución preparada se toman 10 mL:

$n(\mathrm{H}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3)=\mathrm{0,100}\cdot \mathrm{0,010}=\mathrm{1,00}\cdot {10}^{-3}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}$

En el punto de equivalencia los moles de base igualan a los de ácido:

$V(\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H})={\displaystyle \frac{n}{c}}={\displaystyle \frac{\mathrm{1,00}\cdot {10}^{-3}}{\mathrm{0,10}}}$

$V(\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H})=\mathrm{0,0100}\mathrm{L}=\mathrm{10,0}\mathrm{m}\mathrm{L}$

Que salga el mismo volumen que se tomó de ácido no es casualidad: las dos disoluciones resultan tener la misma concentración, 0,10 M, y la estequiometría es 1:1.

$\mathbf{\text{7.2.}}\mathbf{\text{Describa}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{procedimiento}}\mathbf{\text{experimental}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{nombre}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{material}}\mathbf{\text{necesario}}\mathbf{\text{para}}\mathbf{\text{realizar}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{valoraci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n.}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

$\mathbf{\text{Material}}$: bureta de 25 mL, soporte con pinza de bureta, embudo pequeño para cargarla, pipeta aforada de 10 mL con su aspirador, matraz Erlenmeyer de 100 mL, matraz aforado de 250 mL y pipeta de 2 mL para la preparación previa, frasco lavador con agua destilada, indicador ácido-base y un papel blanco para apreciar el viraje.

$\mathbf{\text{Preparaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{disoluci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cido}}$:

i) En el matraz aforado de 250 mL se pone algo de agua destilada y, con la pipeta, se añaden sobre ella los 2,0 mL del ácido nítrico comercial. Se añade $\mathbf{\text{siempre}}\mathbf{\text{el}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cido}}\mathbf{\text{sobre}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{agua}}$, nunca al revés: la dilución de un ácido concentrado es muy exotérmica y hacerlo al contrario provocaría proyecciones.

ii) Se enrasa con agua destilada hasta la marca del aforo, se tapa y se homogeneiza invirtiendo el matraz varias veces.

$\mathbf{\text{Valoraci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}$:

iii) Con la pipeta aforada se miden 10 mL de la disolución preparada y se vierten en el matraz Erlenmeyer. Se usa pipeta aforada y no probeta, porque de la exactitud de este volumen depende directamente el resultado.

iv) Se añaden unas gotas de indicador. Al ser una valoración de ácido fuerte con base fuerte, el punto de equivalencia cae en pH 7 y el salto de pH es muy amplio, de modo que sirve tanto la fenolftaleína como el naranja de metilo.

v) Se lava la bureta con un poco de la disolución de NaOH, para eliminar restos de agua que la diluirían, y se carga con ella usando el embudo. Se abre la llave un instante para llenar la punta y expulsar el aire, y se enrasa a cero leyendo por la parte inferior del menisco, con la vista a su altura para evitar el error de paralaje.

vi) Se coloca el Erlenmeyer bajo la bureta, sobre el papel blanco, y se añade la base lentamente, agitando el matraz con movimientos circulares continuos.

vii) Cerca del punto final el color tarda cada vez más en desaparecer; a partir de ahí se añade gota a gota. Se cierra la llave en cuanto el cambio de color persiste al agitar y se anota el volumen gastado, que debe rondar los 10 mL calculados.

viii) Se repite al menos tres veces y se promedian los volúmenes concordantes, descartando cualquier medida que se aparte claramente de las demás.