UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO Facultad de Química
Práctica 10. Curvas de titulación ácido-base
INTRODUCCIÓN La volumetría ácido- base, también conocida como valoración ácido-base, titulación ácido-base, o incluso, valoración de neutralización, es un tipo de técnica utilizada para realizar análisis de tipo cuantitativo, cuyo objetivo es determinar la concentración de un analito con propiedades ácidas o básicas, utilizando una disolución valorada de una base o ácido, mediante una reacción de neutralización para formar una sal y agua. Asimismo, mediante una titulación también es posible deducir el pK del analito. Estas valoraciones poseen las siguientes características: Se basan en una reacción volumétrica ácido-base. El fundamento teórico de dicha reacción es la transferencia de protones entre el ácido y la base ● El intervalo de viraje se caracteriza por un cambio brusco del pH. ● Se necesita un indicador químico o un pHmetro para monitorizar la valoración. Y se pueden clasificar en dos grupos: ● ●
●
Alcalimetrías: Determina la concentración de la base, que ha sido empleada con un ácido fuerte del cual conocemos su concentración (sustancia valorante), siendo éste casi siempre, el ácido clorhídrico, HCl, o ácido sulfúrico H2SO4.
●
Acidimetrías: Se utiliza para conocer la concentración de un ácido con una base fuerte, del cual conocemos la concentración (valorante), como por ejemplo, el hidróxido de sodio.
En las volumetrías, también es frecuente la realización y utilización de las conocidas como, curvas de valoración. Dichas curvas nos permiten: ● ● ● ●
Estudiar los diferentes casos de valoración (ácido fuerte vs. Base fuerte; base fuerte vs. Ácido fuerte; ácido débil vs. Base fuerte; base débil vs. Ácido fuerte). Determinar las zonas tamponantes y el pka. Determinar el intervalo de viraje y el punto de equivalencia. Seleccionar el indicador ácido-base más adecuado.
Diagrama de Flujo
TAREA PREVIA 1. ¿Qué es una curva de titulación (o de valoración)? Son las representaciones gráficas de la variación del pH a medida que se añade la solución titulante, durante el transcurso de la valoración. 2. Considerando que se tienen 20 mL (v inic ) de HCl 0.1 M y se van agregando los volúmenes de NaOH 0.1 M indicados en la primera columna de la Tabla 1, calcular para cada adición de NaOH, lo que se indica en cada columna, para obtener en cada renglón el pH correspondiente.
Tabla 1. Cálculo teórico de pH. Cantidad en exceso
Volumen de Vinic + V de NaOH 0.1 M NaOH 0.1 M agregado agregado (mL) (mL) 0 4 8 12 16 18 19 20 21 22 24 26 30
20 24 28 32 36 38 39 40 41 42 44 46 50
Cantidad de OH agregado (mol)
de H + (mol)
de OH- (mol)
[H+]
pH
0 4.00E-04 8.00E-04 1.20E-03 1.60E-03 1.80E-03 1.90E-03 2.00E-03 2.10E-03 2.20E-03 2.40E-03 2.60E-03 3.00E-03
2.00E-03 1.60E-03 1.20E-03 8.00E-03 4.00E-03 2.00E-03 1.00E-03 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 1.00E-04 3.00E-04 4.00E-04 6.00E-04 1.00E-03
0.1 0.8 0.06 0.04 0.02 0.01 0.005 0 0 0 0 0 0
1 1.0969 1.2218 1.3974 1.6989 2 2.301 7 o neutro --
3. Graficar, los volúmenes de NaOH agregados en las abscisas y el pH correspondiente en las ordenadas. Incluye tu gráfica.
4. ¿A qué se le llama el “punto de equivalencia” en una curva de titulación? Es aquel en el que se han mezclado las mismas cantidades estequiométricas de equivalentes de ácidos y bases, se localiza en el punto intermedio del intervalo viraje 5. Determina gráficamente el punto de equivalencia en la curva de titulación correspondiente a los datos de la tabla 1. (Marcado en la gráfica con
)
6. ¿Qué significa “neutralizar”? La reacción entre un ácido y una base que dan como producto una sal y agua. En el momento de la neutralización se cumple que el número de equivalentes de ácido que han reaccionado (N • V) es igual al número de equivalentes de la base (N' • V').
7. Extrayendo logaritmos en la ecuación =
[ ][ ] [à]
, y aplicando algunas de
las leyes de los logaritmos, deduce la siguiente ecuación: =
[] [à]
Deducción:
=
[+ ][] [à]
[ ] =
[ ] [à]
=
[ ] =
[] [à]
[ ] [à]
RESULTADOS Tabla 2. Titulación de un ácido fuerte y un ácido débil.
Vol. de NaOH agregado (mL 0 4 8 10 12 15 17 18 19 20 21 22 24 26 30 Vol. de NaOH agregado (mL) 0 4 8 10 12 15 17 18 19 20 21
pH 1.16 1.15 1.33 1.44 1.59 1.88 2.45 4.47 11.98 12.81 13.02 13.13 13.32 13.42 13.56 pH 2.66 3.92 4.46 4.66 4.89 5.35 6.04 10.26 12.5 12.94 13.14
Titulación de HCl con
22 24 26 30
13.19 13.37 13.47 13.59
CUESTIONARIO
1. ¿Qué significado físico tienen las coordenadas del punto de equivalencia (p.e)? x(p.e.) = Volumen de NaOH en el punto de equivalencia. y(p.e.) = pH en el punto de equivalencia Titulación de CH3COOH con Titulación de HCl con NaOH NaOH Valor “x”
Valor “y”
Valor “x”
Valor “y”
en el punto de
en el punto de
en el punto de
en el punto de
equivalencia
equivalencia
equivalencia
equivalencia
19
7.2-7.5
17
9
2. Localizar el punto de equivalencia en cada una de las dos gráficas obtenidas con los datos de la Tabla 1, mediante un método gráfico. 3. Escribir la ecuación química que representa la reacción llevada a cabo en la primera titulación: NaOH + HClNaCl+H2O 4. Considerando como dato confiable a la concentración de NaOH que se empleó como titulante, calcular la concentración de la disolución de HCl que se tituló.
20(
.
)(
.
)=
.
= 0.1
5. Escribir la ecuación química que representa la reacción llevada a cabo en la segunda titulación: HAc + NaOHNaAc + H2O
6. Considerando como dato confiable a la concentración de NaOH que se empleó como titulante, calcular la concentración de la disolución de HAc que se tituló.
20(
.
)(
.
)=
.
= 0.1
7. Completar la siguiente tabla (indicar correctamente a las especies iónicas disociadas y/o las moleculares, de acuerdo al tipo de ácido fuerte/débil).
¿Cuáles son todas las
Titulación de HCl con
Titulación de CH3COOH con
NaOH
NaOH
HCL, NaOH, H2O, NaCl
CH3COOH, NaOH, H2O,CH3OOH, Na +
especies presentes durante la titulación? ¿Cuáles de las especies anteriores pueden disociarse en HCl y NaOH
CH3COO- NaOH
disolución? Escribe la disociación de las
HCl y NaOH NaCl + H2O CH3COO- + NaOH
especies indicadas
CH3COONa + H2O
anteriormente
C onsiderando las res pues tas anteriores c ompleta las s ig uientes preg untas . No olvides que puede haber especies químicas dis ociadas en iones y especies químicas moleculares (s in dis ociar) H+, Cl-, H2O
En el punto inicial, antes de iniciar las adiciones de titulante:
Durante la titulación, antes del punto de equivalen cia:
H+, Cl-, H2O, Na+
Na+, Cl-, H2O
COO-, CH3, H2O
CH3COO-, H+,Na+
Na+, H2O,CH3COO-,OH-
En el punto de equivalencia:
Na+, Cl-, H2O, OH-
Na+, H2O,CH3COO-,OH-
Desp u é s d e l p u n t o d e e q u i v a l e n c i a :
¿Cuánto vale el pH en el punto de equival encia?
7.2-7.5
9
8. ¿Por qué es distinto el valor de pH en el punto de equivalencia obtenido en ambas titulaciones? (ver especies químicas que se encuentran en el punto de equivalencia) porque tenemos un àcido fuerte y uno débil, el fuerte se disocia completamente. 9. Utilizando los datos de la gráfica de titulación de HAc con NaOH:
a) ¿Qué volumen de NaOH se utilizó para neutralizar totalmente al ácido acético? 17-17.5 mL b) ¿Qué volumen de NaOH se utilizó para neutralizar s olamente la mitad del ácido acético? Entre 15 y 17 mL c)
¿Cuánto vale el pH cuando se ha neutralizado exactamente la mitad del ácido acético? 5.35
d) ¿Cómo son las concentraciones de ácido acético y del ion acetato en las condiciones de la pregunta anterior? iguales e) Con estos valores de concentración, y utilizando la ecuación que se dedujo como parte de la tarea previa, obtener el valor para el pKa del ácido acético. PKa=[3][3] [− ] = 1 = 4.49 [+ ]
f) Comparar con el valor obtenido en tablas:(pKa=4.75)4.49 de 4.75 5.47 % de error
PREGUNTAS FINALES ¿Cómo se construye una curva de titulación ácido-base? Graficando los Volumenes en X de la sustancia conocida contra el cambio de pH ¿Qué especie química determina los cambios de pH antes y después del punto de equivalencia en la titulación de un ácido por una base fuerte? Antes del punto de equivalencia lo determina el ácido y después del punto de equivalencia lo determina la base
RESUMEN MSDS
●
Ácido acético glacial C2H4O2 / CH3COOH
Ácido etanoico Ácido etílico Ácido metanocarboxílico Masa molecular: 60.1 punto de ebullición: 118°C Punto de fusión: 16.7°C Densidad relativa (agua = 1): 1.05 Solubilidad en agua: miscible. Presión de vapor, kPa a 20°C: 1.5 Densidad relativa de vapor (aire = 1): 2.1 Densidad relativa de la mezcla vapor/aire a 20°C (aire = 1): 1.02 Punto de inflamación: 39°C c.c. Temperatura de autoignición: 485°C Límites de explosividad, % en volumen en el aire: 6.0-17 Coeficiente de reparto octanol/agua como log Pow: -0.17
Referencias Curvas de valoración. Punto de equivalencia - Wikillerato. (2011). Wikillerato.org . Retrieved 14 April 2017, from http://www.wikillerato.org/Curvas_de_valoraci%C3%B3n._Punto_de_equiv alencia.html Gonzales Mañan, J. NEUTRALIZACIÓN DE ÁCIDOS Y BASES . Ehu.eus. Retrieved 14 April 2017, from http://www.ehu.eus/biomoleculas/ph/neutra.htm Gonzales Nuñez, V. Departamento de Bioquímica y Biología Molecular ph y equilibrios acido-base. Retrieved 14 April 2017, from http://diarium.usal.es/vgnunez/files/2012/11/2.-Curvas-detitulaci%C3%B3n-de-%C3%A1cidos-bases.pdf Mèndez, A. (2010). Volumetría ácido-base. La Guìa. Retrieved from http://quimica.laguia2000.com/reacciones-quimicas/volumetria-acido-base
