Ejercicio resuelto de Valoraciones ácido-base · Química · 2023

PREGUNTA 8.
Para neutralizar 150 mL de una disolución de ácido nítrico 0,010 M se gastaron 15 mL de una disolución de hidróxido de calcio de concentración desconocida.

8.1. Escriba la reacción que tiene lugar y calcule la molaridad de la disolución del hidróxido de calcio.
8.2. Indique el material que emplearía y explique el procedimiento experimental para realizar la valoración.

$\mathbf{\text{8.1.}}\mathbf{\text{Escriba}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{reacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{tiene}}\mathbf{\text{lugar}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{calcule}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{molaridad}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{disoluci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{hidr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{xido}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{calcio.}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

Se trata de una neutralización entre un ácido fuerte y una base fuerte. Como el hidróxido de calcio tiene $\mathbf{\text{dos}}$ grupos hidroxilo, hacen falta dos moles de ácido nítrico por cada mol de base:

$2\mathrm{H}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3(\mathrm{a}\mathrm{c})+\mathrm{C}\mathrm{a}(\mathrm{O}\mathrm{H}{)}_2(\mathrm{a}\mathrm{c})\to \mathrm{C}\mathrm{a}(\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3{)}_2(\mathrm{a}\mathrm{c})+2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}(\mathrm{l})$

Los moles de ácido son conocidos:

$n(\mathrm{H}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3)=\mathrm{0,010}\cdot \mathrm{0,150}=\mathrm{1,5}\cdot {10}^{-3}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}$

En el punto de equivalencia se cumple la proporción 2:1 de la ecuación, así que los moles de base son la mitad:

$n(\mathrm{C}\mathrm{a}(\mathrm{O}\mathrm{H}{)}_2)={\displaystyle \frac{\mathrm{1,5}\cdot {10}^{-3}}{2}}=\mathrm{7,5}\cdot {10}^{-4}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}$

Esos moles estaban contenidos en los 15 mL de disolución de hidróxido:

$c={\displaystyle \frac{n}{V}}={\displaystyle \frac{\mathrm{7,5}\cdot {10}^{-4}}{\mathrm{0,015}}}$

$c(\mathrm{C}\mathrm{a}(\mathrm{O}\mathrm{H}{)}_2)=\mathrm{0,050}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\mathrm{/}\mathrm{L}$

La disolución de hidróxido de calcio es 0,050 M.

$\mathbf{\text{8.2.}}\mathbf{\text{Indique}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{material}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{emplear}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{explique}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{procedimiento}}\mathbf{\text{experimental}}\mathbf{\text{para}}\mathbf{\text{realizar}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{valoraci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n.}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

$\mathbf{\text{Material}}\mathbf{\text{necesario}}$: bureta de 25 mL, soporte con pinza de bureta, embudo pequeño para cargarla, pipeta aforada de 150 mL —o de 50 mL usada tres veces— con su aspirador, matraz Erlenmeyer de 250 mL, frasco lavador con agua destilada, indicador ácido-base y un papel blanco para apreciar el viraje.

$\mathbf{\text{Procedimiento}}$:

i) Con la pipeta aforada se miden 150 mL de la disolución de $\mathrm{H}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3$ 0,010 M y se vierten en el matraz Erlenmeyer. Se usa pipeta aforada y no probeta ni vaso de precipitados, porque de la exactitud de este volumen depende directamente el resultado.

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

iii) Se lava la bureta con un poco de la disolución valorante para eliminar restos de agua que la diluirían, y se carga con la disolución de $\mathrm{C}\mathrm{a}(\mathrm{O}\mathrm{H}{)}_2$ 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.

iv) Se coloca el Erlenmeyer bajo la bureta, sobre el papel blanco, y se añade la base $\mathbf{\text{lentamente}}$, agitando el matraz con movimientos circulares continuos para homogeneizar la mezcla.

v) Al acercarse al punto final, el color que aparece donde cae cada gota tarda cada vez más en desaparecer. A partir de ahí se añade gota a gota.

vi) Se cierra la llave en cuanto el cambio de color persiste tras agitar, y se anota el volumen gastado. Ese es el punto final, que en estas condiciones coincide prácticamente con el punto de equivalencia.

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

viii) Con el volumen medio y la estequiometría 2:1 se calcula la concentración de la base, como se ha hecho en el apartado anterior.