Facultad de ciencias exactas Departamento de Química Sede Concepción
Laboratorio Nº3 Titulación Titulación de un un ácido fuerte fuerte con una base fuerte
Resumen
En este laboratorio se determinará la concentración de una solución, anteriormente preparada, de NaOH utilizando un patrón primario conocido como idró!eno"talato de potasio #
KC 8 H 5 O4
$ % un indicador ácido&base
#"enol"taleína$, cu%o cambio de color debido a la neutralización del ácido permitirá conocer el punto de e'ui(alencia de la titulación) * partir de los datos obtenidos en el experimento, se desarrollarán los cálculos pertinentes con el "in de obtener la concentración molar real de la solución de NaOH) *demás, se realizará una titulación pH&m+trica de una solución de HCl #ácido clorídrico$, a partir de la solución de NaOH, con un medidor calibrado de pH, % se elaborará una !rá"ica con el "in de determinar una cur(a de titulación)
Parte experimental, resultados Experimento 1: Preparación de la solución de NaOH
Se prepararán -.m/ de solución de NaOH aproximadamente de .,0mol1/ de concentración, para ello se lle(arán a cabo cálculos pre(ios 'ue a%udarán a conocer la cantidad en !ramos del soluto #NaOH$ a masar, los 'ue se dan a conocer a continuación2 Se calcula la masa molar del NaOH2 Na3,44!1mol ≈ 23 g / mol , O305,..!1mol, H30,..6!1mol Sumando las respecti(as masas molares, da como resultado 40,00!"mol, 'ue corresponden a la masa molar del NaOH) /a unidad de medida para el (olumen será litros, %a 'ue la "órmula 'ue se destinó para este cálculo exi!e el (olumen en litros, por lo tanto -.m/ de solución se considerarán como .,-./) M =
n V ( L)
7eemplazando 'ueda8 n = n ×V
n =0,1 moles / L× 0,250 L
n =0,025 mol
de NaOH)
Conociendo %a el n9mero de moles % la masa molar del compuesto se pueden determinar los !ramos de NaOH re'ueridos a tra(+s de la si!uiente "órmula2 m n= MM
Despe:ando masa #!$ 'ueda8
; reemplazando8
7esultando8
m=n×MM
m=0,025 mol× 40,008 g / mol
m=1,0002 g ≈ 1,0 g
de soluto)
/a cantidad, en !ramos, de soluto se masa en una balanza analítica de (ariación .,...0!, para ello emos de colocar pre(iamente un (aso de precipitados limpio % (acío en la balanza, % lue!o calibrar +sta para proceder a la masa de 0,.! de NaOH) De este modo se puede apreciar 'ue la masa de NaOH es de 0,##$!, (alor 'ue, aproximándose 'ueda considerado como 1,0!)
Experimento %: Estandari&ación de la solución de NaOH
En este experimento se utilizará un patrón primario para estandarizar la solución de NaOH, idró!eno"talato de potasio, cu%a "órmula es2
KC 8 H 5 O 4
Cabe destacar 'ue este procedimiento 'ue se repetirá tres (eces con el "in de determinar un promedio de las lecturas re!istradas %, de esta manera, realizar posteriores cálculos para obtener la concentración real de la solución de NaOH'
Se masarán aproximadamente 0,30(3! de
KC 8 H 5 O 4
en una balanza
analítica de (ariación .,...0!, para ello se pone primero un matraz Erlenme%er limpio % (acío sobre la balanza % se calibra para lue!o masar la cantidad de idró!eno"talato de potasio, de este modo se puede apreciar 'ue la masa de KC 8 H 5 O4
re!istrada "ueron las si!uientes2
=asa 02 0,30(#! ) 0,0001! =asa 2 0,303$!) 0,0001! =asa >2 0,3041!) 0,0001!
:
.,>.54!?.,>.>@!?.,>.A0!* 0,#14$!) 0,0001!
masa promedio KC 8 H 5 O4 =
0,9147 g 3
masa promedio KC 8 H 5 O4 =0,3049 g
Cada cantidad se disol(erá dentro de su propio matraz en aproximadamente -,.m/ de a!ua destilada % posteriormente se a!re!an !otas de "enol"taleína8 el indicador ácido&base)
Bna bureta de -m/, pre(iamente ambientada con NaOH, se llenará con esta misma solución procurando a:ustar el (olumen inicial en el (alor cero) Con un papel blanco deba:o del matraz n9mero 0, se a!re!ará lentamente NaOH mientras se a!ita el matraz le(emente, de pronto se puede obser(ar un color rosa pálido en la solución, esto indica 'ue se está aproximando al punto "inal, el cual coincide con el punto de e'ui(alencia, en este momento se continua a!re!ando !ota a !ota NaOH asta 'ue el color rosa se (uel(a permanente) El mismo procedimiento se repetirá con los dos matraz si!uientes)
En lo 'ue respecta al (olumen de la solución de NaOH utilizado para cada uno de los tres procedimientos, se re!istraron los si!uientes (alores2
olumen para matraz 02 1#mL olumen para matraz 2 1#mL olumen para matraz >2 1,(mL
De estos re!istros de obtiene un (alor promedio del (olumen de NaOH2
04m/?04m/?06,5m/3+(,(mL Vpromedio =
56,6 mL 3
Vpromedio= 18,86 mL≈ 19 mL
Obtención de la concentración molar real de la solución de NaOH:
* partir de los datos % cálculos pre(iamente sealados se determina lo si!uiente8
moles K C 8 H 5 O4= moles NaOH
En donde los moles del idró!eno"talato de potasio #
KC 8 H 5 O4
$ se obtienen
de la masa en !ramos partido por la masa molar del compuesto, la cual se determina de la si!uiente "orma2
3 >4,0.!1mol -3 0,.0x6!1mol H30,..6x-!1mol O305,..xA!1mol >4,0.!1mol?-45,.6!1mol?H-,.A!1mol?O5A!1mol3 %04,%%!"mol
/a masa molar del idró!eno"talato de potasio es de %04,%%!"mol'
Conociendo la masa en !ramos del compuesto % su masa molar, se calcula el KC 8 H 5 O 4 n9mero de moles del : m ( g) n= g ) MM ( mol
n=
0,3049 g 204,22 g / mol
n = 0,001492997 moles de KC 8 H 5 O 4
* continuación se calcula la concentración molar del de la solución de NaOH8
C =
C =
n V ( L) 0,001492997 ( moles ) 0,019 ( L)
C =0,079 moles / L
/a concentración molar del NaOH es de 0,0$# moles por litro de solución)
Experimento 3. titulación pH/mtrica de una solución de cido clor2drico
Se traba:ará en la cur(a de titulación del HCl, con el e'uipo preparado, el medidor de pH calibrado % la bureta llena con solución de NaOH de concentración molar .,.@4moles1/ ni(elada en cero) Con una pipeta de .m/ se extraerán aproximadamente .m/de HCl de concentración desconocida, % se colocará en un (aso de precipitados limpio con un imán para a!itador ma!n+tico en si interior) El (aso de precipitados con HCl % el imán en su interior, se colocará sobre el a!itador electroma!n+tico % el tubo del pH&metro, 'ue contiene electrodos, se inserta tambi+n en el (aso de precipitados para comenzar la medición del pH de la solución) Se procede a!re!ando (ol9menes de -m/ aproximadamente de NaOH desde la bureta, pro(ocando (ariaciones de .,-&.,4 unidades aproximadamente, se a!re!ará base asta 'ue el (alor del pH se (uel(a constante) /os datos obtenidos se dan a conocer a continuación)
abla de lectura de pH de H-l se!5n 6olumen de base a!re!ado2
El (alor destacado en la tabla #10,31pH$, corresponde a una (ariación drástica alcanzada a los %%,+mL de solución de NaOH a!re!ados al HCl, en adelante el mar!en de (ariación es mínimo, por lo tanto se considera constante) Esto indica el punto "inal o de e'uilibrio)
El si!uiente !rá"ico demuestra la (ariación del pH del ácido en "unción al (olumen en mililitros de base aportado2
12
pH vs
10 8 pH
6 4 2 0 V (NaOH, mL)
Pre!untas adicionales
1'/ 78u es un patrón primario9
Bn patrón primario tambi+n llamado solución estándar, es una sustancia utilizada en 'uímica como re"erencia al momento de acer una (aloración o estandarización de una solución de concentración desconocida) Esta se aplica paulatinamente asta concretar la reacción 'uímica entre ambas disoluciones) Bsualmente son sólidos 'ue cumplen con las si!uientes características2
0) ienen composición conocida) ) Deben tener ele(ada pureza) >) Debe ser estable a temperatura ambiente) A) Debe ser posible su secado en estu"a) -) No debe absorber !ases) No debe reaccionar con los componentes del aire) 5) Debe reaccionar rápida % este'uiom+tricamente con el titulante) @) Debe tener un peso e'ui(alente !rande)
%'/ 7-ul es la reacción umica ue ocurre en la reacción de estandari&ación del NaOH con el HP9
KHC 8 H 4 O4 ( ac )
+¿ NaO H ( ac ) H 2
KNaC 8 H 4 O 4 (ac )
O (l )
Esta es una reacción de neutralización ácido&base)
+¿
3'/ 7Por u la solución de NaOH preparada es ;aproximadamente< 0,1 =9 Es aproximada por'ue el NaOH, al someterse en contacto con el ambiente H 2 O CO2 tiende a absorber % sus disoluciones reaccionan con , alterando la molaridad de este)
4'/ > partir del !r?ico calcule el 6olumen de NaOH en el punto de eui6alencia'
Se!9n el !ra"ico el (olumen de NaOH en el punto de e'ui(alencia es de ,-m/)
+'/ @etermine la concentración molar del H-l a tra6s de clculos)
* tra(+s de los si!uientes cálculos se determina la concentración molar del HCl8 Moles NaOH = Moles HCl
* partir de la concentración molar del NaOH %a conocida #0,0$# moles"L$ % el (olumen utilizado #%%,+mL$, 'ue se con(ertirán en litros como lo amerita la "ormula a utilizar #0,0%%+L$, se obtiene el n9mero de moles de este compuesto)
C =
n V ( L)
n = 0,079
moles × 0,022( L) L
n = 0,00178 moles NaOH
Con los moles %a obtenidos, se procede al cálculo de la concentración molar del ácido clorídrico #HCl$2
C ( HCl )=
C ( HCl )=
n V ( L )
0,00178 ( moles NaOH ) 0,020 ( L )
C ( HCl )=0,089 moles / L
/a concentración molar del ácido clorídrico #HCl$ es de .).64moles1/)
@iscusión
/a "inalidad de este laboratorio es poder determinar la concentración de una solución a tra(+s de un patrón primario, en el cual se realizaron distintas operaciones para lle!ar al resultado "inal, sin embar!o, la práctica de estos procedimientos está su:eta a errores, tanto de umanos como del instrumental utilizado para las respecti(as mediciones, e inclusi(e alteraciones naturales 'ue se esperan) * modo de e:emplo se puede destacar 'ue en el experimento 0, el CO2 NaOH al estar en contacto con el , se altera su molaridad, en el experimento la masa del idró!eno"talato de potasio (aria debido a 'ue se espera una masa determinada sealada en la !uía de traba:o, pero solo se masó una cantidad cercana a la estipulada, %a 'ue el tiempo para los procedimientos es limitado % es necesaria una t+cnica más meticulosa, se realizó este procedimiento en tres oportunidades, en las cuales no se lo!ró lle!ar al punto de e'ui(alencia exacto, %a 'ue la cantidad aportada de NaOH a la solución se excedió, este exceso se ace e(idente en la coloración 'ue ad'uiere la solución8 se (uel(e un color rosa intenso, debiendo ser pálido en condiciones correctas) En lo 'ue respecta al experimento >, es necesaria además de la calibración del pH&metro, una (isión analítica para 'uien permita la aplicación de NaOH con inter(alos de -,.m/) Si bien es cierto, el NaOH es una solución de uso com9n para titular soluciones de concentración desconocida, pero no cumple con todas las características ideales 'ue debe poseer un patrón primario como las 'ue se detallan anteriormente en las pre!untas adicionales)
-onclusión
Finalmente se conclu%e 'ue con la realización de estos experimentos, se puede conocer la concentración molar de una solución a partir de una se!unda solución de concentración %a conocida, dico ob:eti(o se cumplió de acuerdo a las instrucciones recibidas % los cálculos correspondientes lle(ados a cabo)
Aiblio!ra?a
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8umica) 7a%mond Can!) No(ena edición) =acraG&Hill nteramericana) ..@) <á!2 0-.&0->)
