TRABAJO INDEPENDIENTE 1 -) Construya una curva de valoración teórica para la titulación de 25 ml de acido acético 0.10 -5
N (Ka= 1.8x10 ) con NaOH 0.05 N. Lo primero que se debe establecer es que el pH puede ser calculado de diversas maneras, las +
+
-
dos formas más comunes cuando se conocen las concentraciones de iones H (o H3O ) y OH se tiene que: +
+
pH = -Log[H ] = -Log[H 3O ] -
pH = 14 - pOH = 14 - (-Log [OH ]) El PH antes de la disolución antes de comenzar se se calcula de la siguiente forma ya que este este es el PH de la concentración de acido acético porque en este caso el volumen agregado de NaOH es cero:
] [ ]
[√
Al agregar cantidades de NaOH inferiores a la necesaria para alcanzar el punto de equivalencia calculamos la concentración de acido acético y del acetato de sodio de la siguiente forma:
[
]
Cabe destacar que en el punto de semiequivalencia ( =0.5 para ambas especies) el pH es igual -
al pKa=-Log pKa=-Log =4.74 y ocurre cuando se añaden milimoles de NaOH igual a la mitad de milimoles del ácido acético, sería entonces cuando:
Ahora bien, el procedimiento descrito para determinar las concentraciones de ácido acético y la de acetato de sodio para determinar la concentración de hidrogeniones se sigue empleando hasta llegar al punto de equivalencia, en el cual los milimoles del ácido y l a base son iguales:
Del equilibrio se tiene:
√
[
]
A partir de 50mL de NaOH agregados la solución se comportara como una valoración ácido fuerte con base fuerte luego del punto de equivalencia, ya que la contribución de la reacción del acetato es ínfima ante una mínima cantidad de exceso de NaOH.
Si se agregan 60mL de NaOH:
[
]
A continuación se muestra la curva de valoración que resulta al emplear las ecuaciones descritas anteriormente para la titulación de 25mL de ácido acético 0.1N (equivalente a 0.1M) con una solución de NaOH 0.05N (lo que equivale a 0.05M):
Grafica 1. Curva de titulación de CH 3COOH con NaOH
La tabla realizada en Excel para la ejecución de la anterior curva se muestra a continuación:
TABLA 1. Titulación de ácido débil (ácido acético) empleando base fuerte ( NaOH) Volumen NaOH (mL) [OH-] pH [H3O+] 0
-
3,023
-
5
-
3,79048499
0,000162
10
-
4,1426675
0,000072
15
-
4,37675071
0,000042
20
-
4,56863624
0,000027
25
-
4,74472749
0,000018
30
-
4,92081875
0,000012
35
-
5,11270428
7,71E-06
40
-
5,34678749
0,0000045
45
-
5,69897
0,000002
48
-
6,12493874
7,50E-07
49
-
6,43492357
3,67E-07
50
-
8,63
-
50,1
6,66E-05
9,82333007
-
50,5
0,00033113
10,5199931
-
51
0,0006579
10,8181564
-
52
0,0012987
11,1135093
-
55
0,003125
11,49485
-
60
0,00588235
11,7695511
-
Observación. Las casillas donde no aparecen números no fueron empleadas para el cálculo del pH de la misma fila, ya que la determinación de pH va de zonas, así que esta el inicio, la zona antes del punto de equivalencia, el punto de equivalencia y la zona luego del punto de equivalencia.
2) Construya una curva de valoración teórica para la titulación de 25 ml de
0.10 N (Kb=
-5
1.8x10 ) con HCl 0.1N. La reacción acido- base es Los cálculos necesarios para trazar la curva de valoración de una base débil son análogos a los de un ácido débil. Por comodidad en los cálculos se trabajaron las concentraciones en molaridad:
y
pH inicial
√
√
Cálculo de pH antes de alcanzar el punto de equivalencia Antes de llegar al punto de equivalencia el procedimiento para el cálculo de pH es exactamente el mismo, desde la adición de 1 ml de HCl hasta la adición de 24.5 ml de dicho ácido. pH tras la adición de 5 ml de HCl 0.1 M El número de moles de HCl en la disolución es El número de moles de presentes inicialmente en 25 mL de disolución es
Por tanto la cantidad de
que queda después de que todo el ácido añadido ha sido
neutralizado, es La cantidad de formado es m
es
En esta etapa se tiene un sistema amortiguador formado por
y
, para calcular
el pH de esta solución se escribe:
pH en el punto de equivalencia En el punto de equivalencia, el número de moles de que han reaccionado son iguales a los de . Los moles de en 25 ml de disolución 0.1 M se calculan así: El número de moles de que han reaccionado en el punto de equivalencia es también es. El número de moles de la sal formada es:
El volumen total es de 50 mL así que la concentración de
es
El pH de la disolución en el punto de equivalencia está determinado por la hidrólisis de los iones . Inicial Cambio
0.05
0
0
-X
+X
+X
X
X
0.05 - X
Resulta la ecuación cuadrática: Por tanto el pH esta dado por
(
)
La solución en el punto de equivalencia contiene solo y es ácida debido a la presencia del ion .
pH cuando la disolución pasa el punto de equivalencia El exceso de ácido fuerte ahora presente inhibe la disociación de hasta el punto en que su contribución al pH es insignificante. Por tanto,
pH para 40 ml de acido clorhídrico añadido Cuando se han añadido 40 ml de acido clorhídrico a la disolución se ha sobrepasado el punto de equivalencia. Numero de moles de HCl que quedan después de la neutralización
El volumen total es 65 mL, por lo tanto que es igual a se determina así:
De esta manera se hallaron los valores de pH para volúmenes de 0 a 50 ml de HCl añadidos, mostrándose en esta curva los resultados:
Titulacion base debil acido fuerte 12 10 8 H p
6 4 2 0 0
10
20
30
40
Volumen agregado de HCl
Grafica 2. Curva de titulación de NH 4OH con HCl
50
60
La siguiente tabla muestra los valores calculados para establecer la curva:
TABLA 2. Titulación de base débil (hidróxido de amonio) empleando acido fuerte (HCl) Vol HCl
pH
0
11,1276363
1
10,6354837
2
10,3159703
3
10,1205739
4
9,97543181
5
9,8573325
6
9,75587486
7
9,66544697
8
9,58263144
9
9,50514998
10
9,43136376
11
9,36000786
12
9,29003461
13
9,2205104
14
9,15053715
15
9,07918125
16
9,00539503
17
8,92791357
18
8,84509804
19
8,75467015
20
8,65321251
21
8,5351132
22
8,38997108
23
8,19457466
24
7,87506126
24,5
7,56507643
25
5,27644397
25,5
3,00432137
26
2,70757018
27
2,41497335
28
2,24715461
29
2,13033377
30
2,04139269
31
1,97003678
32
1,91077682
33
1,86033801
34
1,8166095
35
1,77815125
36
1,74393715
37
1,71321044
38
1,6853972
39
1,66005194
40
1,6368221
41
1,61542395
42
1,59562588
43
1,57723641
44
1,56009549
45
1,54406804
46
1,52903905
47
1,51490982
48
1,50159502
49
1,48902048
50
1,47712125
3) Construya una curva de titulación de 25 ml de H 3PO4 0.18 N con NaOH 0.15 N. (Ka1=7.5x10-3, -8
-12
Ka2=7.2x10 , Ka3=2x10 ). El acido fosfórico es un acido poliprótico de tres protones, la razón entre sus constantes Ka1/Ka2 es de (7.5x 10-3/7.2x10-8)= 104167; y la razón entre Ka2/Ka3 es de (7.2x10-8/2x1012) = 36000; las cuales son mayores a 103 por lo cual es posible determinar dos puntos de
equivalencia correspondientes a las dos primeras disociaciones del acido fosfórico, no es posible determinar un punto de equivalencia para la ultima disociación del acido fosfórico ya que la tercera constante acida de equilibrio es menor a 10-8. De este modo se procede a realizar la titulación de H3PO4 0,18N con NaOH 0,15N. La concentración molar del acido fosfórico se determina de la siguiente forma:
Para el NaOH la molaridad es igual a la normalidad, las reacciones que ocurren son las siguientes:
+
-
Ka1=7.5x 10
2-
Ka2=7.2x10
H3PO4 + H2O
H3O + H2PO4
H2PO4 + H2O
-
H3O + HPO4
2-
H3O + PO4
HPO4 + H2O
+
+
-3
-8
3-
Ka3=2x10
-12
+
En este problema se utilizara la convención de representar el ion hidronio como H 3O en vez de +
H debido a que es más cómodo y ajustado a las reacciones consideradas para el acido fosfórico tanto estequiometricamente como a nivel de análisis.
Para pH inicial +
Solo la primera disociación contribuye apreciablemente a [H 3O ], por lo cual se tiene que: +
[H3O ] [H3PO4] -
CH3PO4 = [H3PO4] + [H 2PO4 ] = 0,54M
-
+
CH3PO4 = 0,54M - [H2PO4 ] = 0,54M - [H3O ]
+ 2
-3
+
-4
[H3O ] + 7.5 x 10 [H3O ] – 4,5 x 10 = 0
+
Resolviendo la ecuación cuadrática se tiene que [H 3O ] = 0,0178M y el pH por lo tanto será de: +
pH = -Log[H ] = -Log[0,0178M] = 1,75
Primera región tampón Con 5ml de NaOH agregados se tiene que se forma un sistema tampón entre el H 3PO4 y el -
-
H2PO4 por lo cual al emplear la ecuación de Charlotte considerando [OH ] se tiene que:
+ [Ka1 + -] - Ka1 = 0 Por otra parte:
0,025M
- 0,025M Reemplazando [H3O+]2 + 0,0325 [H3O+] – 0,0001875= 0 Resolviendo la ecuación cuadrática se tiene que:
+
[H3O ] = 0,005M pH = -log [0,0425M] = 2,30
Para el primer punto de equivalencia El primer punto de equivalencia se calcula mediante la siguiente relación:
(
)
)
(
Segunda región tampón -
2-
Ahora existe un sistema tampón de H 2PO4 con HPO4 , se emplean las relaciones empleadas
2-
anteriormente para las concentraciones y [HPO4 ] y a partir de la expresión de Ka 2 se +
calcula [H3O ], de modo que para un volumen añadido de 15 ml se tiene que:
+
-8
[H3O ] =7,2 x 10 x ( -
-
pH = -Log[
Segundo punto de equivalencia El segundo punto de equivalencia se calcula mediante la siguiente relación:
(
) (
)
Después del segundo punto de equivalencia .
A partir de aquí solo se calcula la concentración de base NaOH, se calcula [OH ] por consiguiente y luego el pOH y llevarlo a pH:
–
Así para 30 ml de NaOH agregados se tiene:
–
pH = 14 - (-Log()) = 12,436
La grafica resultante de esta titulación se muestra a continuación:
Titulación H3PO4 con NaOH 14 12 10 H p
8 6 4 2 0 0
5
10
15
20
25
30
35
Volumen de NaOH agregado (ml)
Grafica 3. Curva de titulación del acido fosfórico con NaOH
La tabla de los valores de pH hallados para diferentes volúmenes con ayuda del programa Excel se muestra a continuación:
TABLA 3. Titulación de acido poliprótico (acido fosfórico) con NaOH Vol NaOH
pH
0
1,749772547
1
1,848181826
2
1,951303541
3
2,059886061
4
2,175490708
5
2,301029996
6
2,441812226
7
2,608096586
8
2,823067137
9
3,160632052
10
4,63380312
11
6,188424994
12
6,540607512
13
6,774690718
14
6,966576245
15
7,142667504
16
7,318758763
17
7,510644289
18
7,744727495
19
8,096910013
20
9,420818754
21
11,51333343
22
11,8050234
23
11,97197128
24
12,08795517
25
12,17609126
26
12,24667233
27
12,30518596
28
12,35490538
29
12,39794001
30
12,43572857
4) Construya una curva de titulación de 25 ml de 0.1 N (0.05 M) con HCL 0.1 N. La molaridad del HCl permanecerá igual, mientras que la molaridad del Na 2CO3 estará dada por:
Las reacciones que ocurren a lo largo de la titulación son las siguientes:
Para este problema en la mayor parte de las deducciones se representara al ion hidronio como +
H3O ya que genera menos confusión a la hora de representar las reacciones anteriores, en +
caso contrario se indicara el uso de la representación H y el porqué se usa.
pH inicial
[ ] ( )
Primera región tampón -
+
Se tiene un sistema tampón de Na 2CO3 y HCO3 , de modo que la concentración del acido [H 3O ] generado se hará despreciable empleando las siguientes relaciones:
-
-
-
[HCO3 ] = CHCO3 + [OH ] 2-
2-
-
[CO3 ] = CCO3 - [OH ]
- 2
-
-
[ ] 2-
[OH ] + (CHCO3 + Kb1) [OH ] - Kb1CCO3 = 0
Ahora para 5 ml se tiene:
[ ]
- 2
[OH ] + ( -
-
+
2-
)[OH ] –
CCO3 = 0
-4
[OH ] = 3,1*10 M -4
pH = 14 - (-Log (3,1*10 )) = 10,491
Primer punto de equivalencia El primer punto de equivalencia se calcula mediante la siguiente relación:
(
) (
)
2da región de tampón -
Se reacomoda la ecuación del Kb 2 y se calcula la [OH ]:
Para 20 ml de HCl agregados:
pH = 14 - (-Log( -
Segundo punto de equivalencia En este punto se puede analizar la situación de manera alterna considerando la formación de -
acido carbónico en vez de la formación de CO 2 e iones OH , de este modo (Nótese que en este +
caso se regresara a la convención de representar al ion hidronio como H para explicar mas cómodamente la deducción de la relación, no hay que perder de vista que H
+
+
y H3O son
equivalentes):
[ ] [
[
[
]
[
]
]
]
1,45 x 10 M -4
-4
pH = -Log(1,45 x 10 ) = 3,8389
Después del segundo punto de equivalencia +
La concentración de iones [H 3O ] en este punto es el número de minimoles de acido agregado menos el necesario para llegar al segundo punto de equivalencia entre el volumen total de disolución, asi:
Asi para 30 ml se tiene:
pH = -Log(
2,0414
La grafica resultante de la titulación se muestra a continuación:
Curva de titulación de Na2CO3 con HCl 14 12 10 H p
8 6 4 2 0 0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Volumen de HCl agregado (ml)
Grafica 4. Curva de titulación de carbonato de sodio con HCl
Los valores de pH calculados a diferentes volúmenes se muestran a continuación en la siguiente tabla:
TABLA 4. Titulación de Base polifuncional (Carbonato de sodio) con HCl Vol HCl
pH
0
11,4995044
1
11,2175215
2
10,9844526
3
10,7962569
4
10,6358786
5
10,4910576
6
10,3534092
7
10,2162132
8
10,072609
9
9,91339323
10
9,72229866
11
9,45965469
12
8,94520821
12,5
8,35278893
13
7,76042248
14
7,24551267
15
6,98227123
16
6,79038571
17
6,63008871
18
6,48494659
19
6,34544914
20
6,20411998
21
6,05285231
22
5,87960889
23
5,66005194
24
5,3195134
24,5
5
25
3,83889035
25,5
3,00432137
26
2,70757018
27
2,41497335
28
2,24715461
29
2,13033377
30
2,04139269
31
1,97003678
32
1,91077682
33
1,86033801
34
1,8166095
35
1,77815125
36
1,74393715
37
1,71321044
38
1,6853972
39
1,66005194
40
1,6368221
UNIVERSIDAD DEL ATLÁNTICO
TRABAJO PRESENTADO POR LOS ESTUDIANTES: PAOLO CUELLO PEÑALOZA RAFAEL DOMINGUEZ RAMBAL HOOVER VALENCIA ZAPATA ELIANA CONEO POLO
TRABAJO PRESENTADO AL PROFESOR: PABLO SANCHEZ
MAYO DE 2011 BARRANQUILLA - COLOMBIA
