Ejercicio resuelto de Valoraciones ácido-base · Química · 2024

B2. Se pretende determinar la concentración exacta del ácido acético en el vinagre comercial. Para ello, se toma 1 mL de vinagre y se emplea una disolución acuosa 0,08 M de NaOH como valorante.

a) Explicar los pasos necesarios para llevar a cabo la valoración acompañándolo con un dibujo esquemático. (1,00)
b) Si en el punto de equivalencia se han consumido 12,5 mL de la disolución de NaOH, calcular la concentración de ácido acético y determinar la acidez en vinagre expresándolo en “g ácido acético / 100 mL disolución”. (1,00)

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Explicar}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{pasos}}\mathbf{\text{necesarios}}\mathbf{\text{para}}\mathbf{\text{llevar}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{cabo}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{valoraci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{acompa}}\widetilde{\mathbf{\text{n}}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{ndolo}}\mathbf{\text{con}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{dibujo}}\mathbf{\text{esquem}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{tico.}}\mathbf{\text{(1,00)}}$

Se considera que el único ácido presente en el vinagre es el ácido acético. La valoración consiste en añadir de forma controlada una base de concentración conocida sobre un volumen medido de vinagre, hasta que un indicador señala que la neutralización se ha completado.

El montaje se dispone en vertical y consta de dos piezas alineadas: sujeta al soporte por la pinza y la nuez, la bureta graduada con la disolución de hidróxido de sodio, con la llave en su extremo inferior; justo debajo, y centrado respecto a ella, el matraz erlenmeyer con el vinagre diluido y unas gotas de indicador. La punta de la bureta queda dentro de la boca del erlenmeyer, sin tocar sus paredes, para que no se pierda ninguna gota.

Material	Para qué se usa Bureta graduada	contiene el valorante, NaOH 0,08 M, y mide el volumen añadido Soporte con pinza y nuez	sujeta la bureta en posición vertical Pipeta de 1 mL	mide con exactitud la alícuota de vinagre Matraz erlenmeyer	recibe la muestra; en él tiene lugar la reacción Fenolftaleína	indicador; incolora en medio ácido, rosa en medio básico Frasco lavador y embudo	enrasan y trasvasan sin pérdidas

El procedimiento se desarrolla en cuatro pasos:

i) Se introduce 1 mL de vinagre en el erlenmeyer con la pipeta y se diluye con agua destilada, por ejemplo hasta 20 mL, para tener volumen suficiente con que agitar sin que la medida pierda exactitud. Diluir no altera los moles de ácido y por tanto no afecta al resultado.

ii) Se llena la bureta con la disolución de hidróxido de sodio, aforando, y se elimina la burbuja de la llave.

iii) Se añaden dos o tres gotas de fenolftaleína al erlenmeyer. Al ser una valoración de ácido débil con base fuerte, el punto de equivalencia cae en zona básica y este indicador es el adecuado; en el medio ácido de partida permanece incolora.

iv) Se abre la llave y se deja caer la base gota a gota, agitando de continuo, hasta que el color rosa persiste al agitar. Se cierra entonces la llave y se anota el volumen gastado. La operación se repite tres veces y se promedian los volúmenes concordantes.

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

A partir del volumen de base gastado se calcula la concentración del ácido, que es lo que se pide en el apartado siguiente.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Si}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{punto}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{equivalencia}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{han}}\mathbf{\text{consumido}}\mathbf{\text{12,5}}\mathbf{\text{mL}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{disoluci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{NaOH,}}\mathbf{\text{calcular}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{concentraci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cido}}\mathbf{\text{ac}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{tico}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{determinar}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{acidez}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{vinagre}}\mathbf{\text{expres}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{ndolo}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{“g}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cido}}\mathbf{\text{ac}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{tico}}\mathbf{\text{/}}\mathbf{\text{100}}\mathbf{\text{mL}}\mathbf{\text{disoluci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n”.}}\mathbf{\text{(1,00)}}$

En el punto de equivalencia los moles de ácido igualan a los de base, ya que el ácido es monoprótico y el hidróxido monobásico. Se calculan los moles de base gastados y se dividen entre el volumen de la alícuota de vinagre.

$n(\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H})=c\cdot V=\mathrm{0,08}\cdot \mathrm{12,5}\cdot {10}^{-3}=\mathrm{1,0}\cdot {10}^{-3}\text{ mol}$

$n(\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H})=n(\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H})=\mathrm{1,0}\cdot {10}^{-3}\text{ mol}$

Esos moles provienen del mililitro de vinagre, no del volumen diluido:

$c={\displaystyle \frac{\mathrm{1,0}\cdot {10}^{-3}\text{ mol}}{\mathrm{1,0}\cdot {10}^{-3}\text{ L}}}=\mathrm{1,0}\text{ mol/L}$

Para expresar la acidez en gramos por cada 100 mL se pasa la concentración molar a masa por volumen:

$M(\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H})=2\cdot \mathrm{12,011}+4\cdot \mathrm{1,008}+2\cdot \mathrm{15,999}=\mathrm{60,05}\text{ g/mol}$

$\mathrm{1,0}{\displaystyle \frac{\text{mol}}{\text{L}}}\cdot \mathrm{60,05}{\displaystyle \frac{\text{g}}{\text{mol}}}=\mathrm{60,05}\text{ g/L}$

$\text{acidez}={\displaystyle \frac{\mathrm{60,05}\text{ g}}{1000\text{ mL}}}\cdot 100\text{ mL}=\mathrm{6,0}\text{ g}\mathrm{/}100\text{ mL}$

El vinagre es $\mathrm{1,0}$ M en ácido acético, lo que equivale a $\mathrm{6,0}$ gramos por cada 100 mL. Esa cifra es justamente lo que en el comercio se llama la graduación del vinagre: se trata de un vinagre de 6 grados, valor habitual en un vinagre de vino.