Instituto Politécnico Nacional Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniería, Ciencias Sociales y Administrativas
LABORATORIO LABORATORIO DE QUIMICA INDUSTRIAL (EQUILIBRIO IONICO, 6)
PROFESOR: Pérez Monroy uis Al!erto SECUENCIA: "IM#$ INTEGRANTES DE EQUIPO:
Aguill%n &arcía Alan Ca!rera Ca!rera Melc'or M%nica Itzel &arcía %pez Silvia (ernanda &odínez Castro Isamar FECHA: "# de Noviem!re del ")*$
IN+IC -./0I1-2222222 # C4CU-S222222 2223 2233 IN05-+UCCI6N2222 7 &54(ICAS222222 22 2223 MA5C8 CUS0I-NA5I-2222 065IC-222223 233 MA05IAS 9 : C-NCUSI-NS222 M3P22222 223 +SA55-< .I.I-&5A(=A2222 ;P222223 2233 0A.A 0A.A + +A0-S +A0-S *) ;P2233
** *" *7 *$ *:
-./0I1-S *3 Medimos el grado de acidez o !asicidad de soluciones electrolíticas fuertes y dé!iles, por medio de un procedimiento potenci%metro3 "3 Calculamos el grado de disociaci%n de un electrolito dé!il y la constante de ionizaci%n a partir del p> o!tenido e?perimentalmente3 #3 Conocimos la aplicaci%n del efecto de un ion com@n en una soluci%n amortiguadora3
IN05-+UCCI6N n esta prctica utilizamos cido clor'ídrico e 'idr%?ido sodio sa!iendo Bue los cidos, las !ases y las sales pertenecen a un grupo de sustancias llamadas electrolitos, Bue se caracterizan porBue al disolverse en agua se disocian en iones lo Bue permite Bue sean conductores de la electricidad3 n *<<7, Svante Arr'enius un Buímico sueco, fue el primero Bue propuso, dentro de una teoría Bue lleva su nom!re, Bue los cidos eran sustancias Bue al ionizarse producían iones de 'idr%geno >DE3 Así, el >Cl al ionizarse da lugar a los iones de 'idr%geno y a los iones de cloruro3 Por otra parte seg@n la misma teoría, las !ases son sustancias Bue en soluci%n acuosa producen iones 'idr%?ido ->FE a reacci%n entre un cido y una !ase, es una neutralizaci%n3 sta reacci%n se simpliGca indicando s%lo la reacci%n i%nica, donde se com!inan los iones >D del cido con los ->F de la !ase para formar moléculas de agua3
MA5C- 065ICEL EQUILIBRIO IÓNICO s un tipo especial de eBuili!rio Buímico, caracterizado por la presencia de especies Buímicas en soluci%n acuosa, las cuales producen iones as especies Bue producen en soluci%n cargas son denominadas electrolitos 3 Un electrolito es cualBuier especie Bue permite la conducci%n de la corriente eléctrica3 ∅
H4CI+-S 9 .ASS n *"#, dos cientíGcos llamados /o'annes N3 .rJnsted y 03M3oKry, caracterizaron asilos cidos y las !asesL 4cidoL s la sustancia capaz de ceder protones3 .aseL s la sustancia capaz de reci!ir protones3 Así entre un cido y una !ase dados 'ay una relaci%n determinada por el intercam!io de protones3 s ese intercam!io lo Bue les 'ace ser considerados !ien cidos, !ien !ases3 s el sistema cidoF!ase conugado3 Se formula como una reacci%n de prot%lisis, de la siguiente maneraL 4CI+- FFFFO P5-06N D .AS C-N/U&A+A3 Características generales de cidos y !ases Característica Bue da a los cidos es su olfato, Bue se deriva del voca!lo acidus, el cual signiGca agrio3 sta particularidad es evidente en algunas otras formas cítricas de frutas lim%n, naranaE o algunos Bue contienen cidos yogur, vinagreE3 l sa!or de las !ases muc'as de ellas son to?icasE no es tan característico como en los cidos, pues presentan mayor variedad, pero se puede decir Bue son ligeramente amargas a!%n, !icar!onato de sodioE3 Por otro lado, las !ases son res!alosas al tacto mezcla agua y a!%nE3 Algunas !ases son tan fuertes o concentradas Bue pueden llegar a causar serias lesiones en la piel si el contacto es prolongado3 os cidos reaccionan con las proteínas cam!indoles su aspecto físico 3L Al agregar ugo de lim%n cidoE a la clara de un 'uevoQ Bue contiene una proteína llamada al!@mina, esta @ltima se empieza a solidiGcar y tomar un color !lanBuecinoE3 Una característica compartida es Bue son electrolíticos, es decir, conducen la corriente eléctrica en disoluci%n acuosa3 pH 0al como el metro es una unidad de medida de la longitud, y un litro es una unidad de medida de volumen de un líBuido, el p> es una medida de la acidez o de la alcalinidad de una sustanciaO3
Cuando, por eemplo, decimos Bue el agua est a *R Celsius e?presamos e?actamente lo caliente Bue est3 No es lo mismo decir el agua est calienteT a decir el agua est a * grados CelsiusT3 +e igual modo, no es lo mismo decir Bue el ugo de lim%n es cido, a sa!er, Bue su p> es ",#, lo cual nos indica el grado e?acto de acidez3 Necesitamos ser especíGcos3 Por lo tanto, la medici%n de la acidez y la alcalinidad es importante, pero c%mo est relacionado el p> con estas medidasV
scala de p>
p'" H a escala p> est dividida en *7 unidades, del ) la acidez m?imaE a *7 nivel !sico m?imoE3 l n@mero : representa el nivel medio de la escala, y corresponde al punto neutro3 os valores menores Bue : indican Bue la muestra es cida3 os valores mayores Bue : indican Bue la muestra es !sica3 H a escala p> tiene una secuencia logarítmica, lo Bue signiGca Bue la diferencia entre una unidad de p> y la siguiente corresponde a un cam!io de potencia *)3 n otras pala!ras, una muestra con un valor p> de 8 es diez veces ms cida Bue una muestra de p> $3 Asimismo, una muestra de p> 7 es cien veces ms cida Bue la de p> $3
C%mo se mide el p> Una manera simple de determinarse si un material es un cido o una !ase es utilizar papel de tornasol3 l papel de tornasol es una tira de papel tratada Bue se vuelve color rosa cuando est sumergida en una soluci%n cida, y azul cuando est sumergida en una soluci%n alcalina3 os papeles tornasol se venden con una gran variedad de escalas de p>3 Para medir el p>, seleccione un papel Bue dé la indicaci%n en la escala apro?imada del p> Bue vaya a medir3 Si no conoce la escala apro?imada, tendr Bue determinarla por ensayo y error, usando papeles Bue cu!ran varias escalas de sensi!ilidad al p>3 Para medir el p>, sumera varios segundos en la soluci%n el papel tornasol, Bue cam!iar de color seg@n el p> de la soluci%n3 os papeles tornasol no son adecuados para usarse con todas las soluciones3 as soluciones muy coloreadas o tur!ias pueden enmascarar el indicador de color3 l método ms e?acto y com@nmente ms usado para medir el p> es usando un medidor de p> o p> metroE y un par de electrodos3 Un medidor de p> es !sicamente un voltímetro muy sensi!le, los electrodos conectados al mismo generarn una corriente eléctrica cuando se sumergen en soluciones3 Un medidor de p> tiene electrodos Bue producen una corriente eléctricaQ ésta varía de acuerdo con la concentraci%n de iones 'idr%geno en la soluci%n3
MA05IAS 9 MA05IAS P5IMAS MA05IAS " Matraces aforados de *)) m " Pipetas de *) m " 1asos de precipitados de "8) m " 1asos de precipitados de *)) m " 1idrios de relo * pro!eta de *)) m * esptula c'ica * !alanza electr%nica * potenci%metro
MA05IAS P5IMAS >Cl concentrado Na-> solido C>#C--> ),* M Agua destilada
+SA55-- ;P5IMN0A calcular la cantidad de >Cl
calcular cantidad de Na->
pesar 37) de Na-> y disolveer en agua3
Medir el p' de cada una de las soluciones3
agregar agua destilada a un vaso
marcar el vaso >Cl )3)*M
vaciar en un matraz aforado
Marca C>#C--> 3 )*M
medir 3Iml de >Cl
agregar I) ml de agua destilada
completar el volumen
vaciar en un vaso #) ml de acido acetico
agregar al vaso
Mezclar *) ml de soln restante
vaciar en un vaso 8) ml de la soln
marcar como Na-> 3)*M
agitar
vaciar 8) ml >Cl )3*M
marcar Na-> 3 *M
Mesclar *) ml y I) ml de agua dest3
0A.A + +A0-S ;P5IMN0AS Soluci%n
Concentrac i%n
p> te%rico
>Cl >Cl Na-> Na-> C>#C-->
)3*M )3)*M )3*M )3)*M )3*M
* " *# *" "3<:8
Cantidad de >Cl concentrado Bue se reBuieren para preparar *))m de soluci%n )3*M Cantidad de Na-> Bue se reBuiere para preparar *))m de soluci%n )3*M
p> e?periment al * " *# *" # 0.9mL 0.!"
C4CU-S !.# W soluto T =( M ) ( PM ) ( V soln )
(
W soluto T = 0.1
mol l
)(
36.5
)
g ( 0.1 L )= 0.365 g mol W (¿¿ HCl T )( 100 ) Pureza del acido W soluto real=¿ W solutoreal =
V HCL=
( 0.365 g ) ( 100 ) 36
=1.01 g
1.01 g = 0.84 mL≈ 0.9 mL g 1.19 mL
$.# W NaOH T =( M ) ( PM ) ( V soln )
(
W NaOH T = 0.1
mol l
)(
40
)
g ( 0.1 L )= 0.4 g mol W (¿¿ NaOH T )( 100 ) Pureza del acido W NaOH real=¿ W solutoreal =
( 0.4 g ) (100 ) 97
= 0.41 g
CUS0I-NA5I!.# C%&'& & pH * +-'%m/+ p-% 12+/- p%-% '%3% /% 3 &% 1&'1/. −¿ +¿+ Cl ¿
¿
HCl ⟶ H
pH =−logx
Concentraci%n *M pH =−log ( 0.1 )=1
Concentraci%n )3)*M pH =−log ( 0.01 )=2
−¿ ¿ −¿++ OH NaOH ⟶ Na
¿
pOH =−logx pH =14 − pOH
Concentraci%n )3*M pOH =− log ( 0.1)= 1
pH =14 −1=13
Concentraci%n )3)*M pOH =−log ( 0.01)= 2 pH =14 − 2=12
−¿ +¿+ C H 3 CO O¿ C H 3 COOH H 2 O H 3 O
¿
⇔
Compuesto C>#C--> >#C>#C- Ka=
W
Xo )3* F F
0Yg F? ; ;
W XZ )3*F? ? ?
[ H 3 O ] [ CH 3 COO ] [ CH 3 COOH ] −5
Ka=1.8 x 1 0
ntoncesL −5
1.8 x 10
=
( x )( x ) 0.1− x 2
x 1.8 x 10 = 0.1− x −5
−6
1.8 x 10 x
2
−1.8 x 10(−5 ) x = x 2
+ 1.8 x 10 (−5) x −1.8 x 10−6= 0 −3
X =1.3327 x 1 0
−3
pH =−log ( 1.3327 x 1 0
)
pH =2.875
$.#C1mp%- & -&+%31 4p-m/+%& '1/ & 3%+1 +-'1 5 4p&* /% -%/ / '%1 3 4+- 37-/'% /+- /1 5 1+-1. p> Concentrac Soluci%n p> te%rico e?periment [rror i%n al >Cl )3*M * * )[ >Cl )3)*M " " )[ Na-> )3*M *# *# )[ Na-> )3)*M *" *" )[ C>#C--> )3*M "3<:8 # 73#8[
a raz%n por la Bue 'ay diferencia entre el valor del p> en la sustancia C> #C-->, se de!e a Bue en la comparaci%n del p> en la escala esta esta!a en unidades
enteras y tam!ién se de!e a la cantidad de sustancia Bue agregamos pudo 'a!er sido ms o menos sustancia de lo acordado3 8.# C& & p1-'/+%; 3 1/%'/ 3& '31 %'<+'1 0=!M / & 4p-m/+1= [ H 3 O ] α =
[]
[ x ]
α =
[]
x 100
x 100 −3
1.3327 x 10 α = 0.1
x 100=1.3327
.# C%&'& & >%&1- 3 &% '1/+%/+ ?% 4p-m/+%& p%-% & '31 %'<+'1 0.!M % p%-+- 3& >%&1- 12+/31 3 pH 2
X Ka ( ex ) = 0.1 − Xexp −3
Xexp =10− pHexp=1 0
= 0.001
2 0.001 ( ) Ka ex = =1.01 x 10−5 0.1 −0.001
@.# C%&'& & p1-'/+%; 3 37-/'% /+- & >%&1- +-'1 5 & 12+/31 4p-m/+%&m/+ p%-% ?% |!at −!aex|
=
=
!a t
x 100
¿ 1.8 x 10−5−1.01 x 10−5 x 100 =43.89 −5
1.8 x 10
6.# Q< /% 1&'/ 2+, +%mp/ 1 -"&%31-%= Son mezclas o soluciones, las cuales resisten el cam!io de p> cuando se adicionan peBue\as cantidades de cido o !ases fuertes3 .# Cm1 p-p%-% 5 p%-% * +&%= Son preparadas a partir de un cido dé!il o !ase dé!il y una sal cido o !ase conugadaE y esto de lleva aca!o por el efecto del ion com@n
C H 3 COOH ⟷ C H 3 COO + H C H 3 COONa ⟶ C H 3 COO + Na
C>#C-- es el ion com@n
.# C%&'& & pH p%-% '%3% /1 3 &1 "/+ '%1 L %) S1&'/ 0.$M 3 ?OH −¿( ac) +¿(ac )+ O H ¿ ¿ KOH ( ac ) K ⟶
pOH =− log [ OH ]=− log [ x ]=−log ( 0.2 )=0.6989
pH =14 − pOH =14− 0.6989 pH =13.301
2) S1&'/ 0.$M 3 NHOH '51 2 !.@4!0 #@ N H 4 OH ⟷ N H 4+ OH
Compuesto N>7-> N>7 ->
!" =
W Xo )3" F F
0Yg F? ? ?
W XZ )3"F? ? ?
] [ N H ] [ OH = x [ N H OH ] 0.2− x 2
4
4
−5
1.75 x 10
2
x = 0.2− x 2
−5
−6
X + 1.75 x 1 0 x −3.5 x 1 0
=0
−3
X =1.8621 x 1 0
−3
pOH =−log ( 1.8621 x 1 0 pOH = 2.7299 pH = 14 −2.7299
pH =11.2701
)
9.# Q >1&m/ 3 '31 &7-'1 (H$SO) '1/'/+-%31 3 9 3 p-% 5 3/3%3 !."mL -*- p%-% p-p%-%- $L 3 1&'/ '1/ / pH!.@= H 2 # O 4 ⟶ 2 H +( ac )+ # O4
>"S-7 *E +ensidad] *3<7gYm Pureza] <[
>"S-7 "E 1]" p>]*38 M 1 V 1= M 2 V 2 V 1=
Para la soluci%n "E Compuesto >"S-7 > S-7
M 2 V 2 M 1
W Xo CA F F
0Yg F? "? ? +¿¿
H
pH =−log ¿
¿ 10− pH
+¿¿
H
¿ ¿ +¿¿
H
¿ ¿ +¿¿
H
¿ ¿ x =¿
Para la soluci%n *E W soluto C M 1= = PM soluto V soln PM
(
C =( $% ) ( densidad ) ( 10 ) =( 98 ) 1.84
)
mol ( 10 )=1803.20 g l mol
W XZ CAF? "? ;
g l M 1= g 98 mol 1803.
=18.4
mol l mol )( 2 l ) l =1.7185 x 10−3 =1.7185 mL mol 18.4 l
(0.01581 V 1=
!0.# Q< mp1-+%/'% +/ 33 / p/+1 3 >+% /3+-%& & +31 3& pH= 0iene muc'a importancia para la industria ya Bue con ello se puede sa!er si eso Bue estas produciendo tiene alguna repercusi%n en el medio am!iente, por ello se lleva a ca!o inspecciones y regulaciones del p> ya Bue este es de vital importancia en muc'as de las aplicaciones industriales3 Unas de sus aplicaciones se encuentran en diversos campos Bue van desde el tratamiento de la pureza del agua en las entradas a las calderas, la regulaci%n de la velocidad de reacciones Buímicas, tratamiento y neutralizaci%n de aguas residuales para su posterior utilizaci%n, regulaci%n de acidez y control de activaci%n de !acterias en la cerveza, regulaci%n del p> en la fermentaci%n del etanol, sulfataci%n en el ugo de ca\a, entre otros3 n la industria minera los procesos son muy contaminantes de!ido a la continua adici%n de metales pesados, Bue 'acen del agua, un producto inutiliza!le para el riego o evacuaci%n sin previo aviso por ello es Bue se lleva a ca!o un tratamiento de las aguas residuales ya Bue los procesos son muy contaminantes, pues adicionan en esta agua metales pesados Bue los 'acen inutiliza!les para el riego o evacuaci%n sin un previo tratamiento3 Para regular la salida se tra!aa con todas las fases antes e?puestas y la neutralizaci%n con cidos y !ases para Bue puedan ser desec'ados a los ríos sin Bue da\en al medio am!iente3
C-NCUSI-NS ∅
A"&&/ G%-'% A&%/: n esta prctica podemos concluir Bue en las reacciones Buímicas 'ay cidos y !ases Bue a su vez estos tienen p> Bue van de la escala de ) a *7, pero este depende a su vez de la concentraci%n y la constante de la Bue se trate cido o !aseE, si la concentraci%n de la sustancia es peBue\a su p> va 'acer alto en los cidos, pero en las !ases va 'acer !aoQ de lo contrario si la concentraci%n es mayor en los cidos su p> va 'acer !ao y en las !ases va 'acer alto3
∅
C%2--% M&'J1- M/'% I+&: n esta prctica estudiamos el eBuili!rio i%nico de ciertas sustancias las cuales se pueden dividir en cidos y !ases, en donde de!ido a su p> podemos encontrar Bue tipo de sustancia es3 >icimos clculos para Bue los e?perimentos nos dieran los resultados correctos, es importante en el la!oratorio usar los papeles indicadores pues con ellos sa!remos si una sustancia es acida o !ase3 Una vez ms compro!amos lo Bue estudiamos en las clases de teoría, adems creo Bue este tema es muy importante porBue en nuestra vida diaria consumimos muc'as sustancias Bue son cidos o !ases puede ser comida o productos de limpieza, etc3
∅
G13/ C%+-1 I%m%-: n esta prctica e?perimentamos el eBuili!rio i%nico de sustancias las Bue unas son cidos y otras son !ases, en el p> podemos encontrar Bue tipo de sustancia es, en el la!oratorio utilizamos los papeles indicadores Bue al ser sumergidos cam!ian los colores y se comparan con una ta!la para sa!er e?perimentalmente su grado de acides o !ase3 Al realizar los clculos para los e?perimentos estos son correctos3
.I.I-&5A(=A ∅ ∅ ∅
Manual de la!oratorio3 ^UIMICA IN+US05IA II3 'ttpLYYKKK3idrc3caYaBuato?YaBuagifsYp>spF3pg 'ttpLYYKKK3aguamar_et3comYsBlYtemas`interesY*<3asp
