6º laboratorio de análisis químico 09

ANALISIS QUIMICO ME-212 FACULTAD DE INGENIERIA GEOLOGICA MINERA Y METALURGICA

Practica Alcalimetría y Acidimetría

Objetivo

• El objetivo del presente laboratorio es Neutralizar una solución valorada de HCl 0.1N

con bórax puro, neutralizar una solución valorada de HCl 0.1N con NaOH, y determinar

la normalidad, molaridad de un ácido comercial mediante un densímetro

• Determinar la concentración de una solución de una base.

• Determinar la concentración de una solución de un acido.

Fundamento Teórico:

Para determinar la concentración de una solución desconocida se utiliza una segunda solución de concentración conocida, que al mezclarse con la primera experimenta una reacción química específica y de estequiometria también conocida. La solución de concentración conocida se llama solución valorada.

VALORAR O TITULACIÓN

Son los nombres que e dan al proceso de determinar del volumen necesario de la solución valorada para reaccionar con una cantidad determinada de la muestra a analizar. Por este motivo se dice que es un método de análisis volumétrico. Se lleva acabo agregando en forma controlada de la solución valorada a la solución problema, hasta que se juzga completa la reacción entre los dos (Con el cambio de color del indicador).

Significa determinar la cantidad de una sustancia desconocida disuelta, haciéndola pasar cuantitativamente de una forma inicial de combinación a otra forma final de combinación, ambas bien definidas químicamente.Para ello se añade una solución adecuada de un reactivo de concentración conocida y se mide exactamente el volumen que se añade de esta solución.

PREPARACION DE SOLUCIONES VALORADAS

SOLUCIONES VALORADAS

Al realizar un análisis volumétrico hay que conocer con toda exactitud la cantidad de sustancia reaccionante que está disuelta en un volumen determinado de líquido.Obtener soluciones valoradas exactas, de concentración perfectamente conocida, es el punto más importante del análisis volumétrico: son el patrón de medida de las soluciones problema, de concentración desconocida.

- -


OBTENCION DE SOLUCIONES VALORADAS

Pueden prepararse directa o indirectamente:

a) Obtención directa.- Las soluciones valoradas se pueden obtener directamente por pesada de una cantidad de sustancia y disolución de la misma en un volumen determinado de agua.Las sustancias empleadas para la obtención directa, llamadas sustancias patrón o sustancias tipo primario, deben reunir las siguientes condiciones:

b) Obtención indirecta.- Cuando no es posible la obtención directa, porque las sustancias no cumplen las condiciones del apartado anterior, se disuelve una cantidad de dichas sustancias próxima a la requerida y se valora indirectamente por medio de otra solución ya valorada o de un peso exacto de otra sustancia sólida, químicamente pura, que reaccione con aquéllas.Por ejemplo, no puede obtenerse una solución valorada exacta de ácido clorhídrico porque su concentración suele ser muy variable, ni tampoco de hidróxido sódico tan difícil de prevenir de una carbonatación. Sin embargo, si pueden tomarse como punto de partida al carbonato sódico puro, los que, previamente pesados, permiten valorar la solución de ácido clorhídrico y, más tarde, a partir de ésta, la de hidróxido sódico.

VALORACION DE SOLUCIONES

El método para valorar soluciones debe elegirse teniendo en cuenta el fin a que se va a destinar, incluso los HCl y H2SO4 pueden valorarse gravimétricamente.Las soluciones ácidas pueden valorarse por reacción con soluciones de productos químicos purificados en cantidades exactamente pesadas, es el caso del Borax o carbonato de sodio o por valoración de soluciones alcalinas valoradas.

POSIBILIDAD DE UNA VALORACIONSe dice que es posible una valoración, si el cambio de observado que indica el final, tiene lugar por adición de un volumen de reactivo valorante que pueda medirse con un error relativo al volumen total de reactivo utilizado admisible para el propósito que se persigue.Puesto que los indicadores presentan un cambio de color detectable al cambiar el pH de la disolución en 2 unidades de pH es posible la valoración si esta modificación de pH se consigue por adición de un incremento de volumen de reactivo valorante comprendido dentro del margen de error admisible que es solo una parte por mil.

VALORACION DE UN ACIDO FUERTE CON UNA BASE FUERTE

Este tipo de neutralización se ilustra con la valoración del ácido clorhídrico con hidróxido sódico.

H+ + OH- → H2O

A medida que la valoración progresa, va decreciendo la concentración de ión hidrógeno (aumento el pH) cerca del punto estequiométrico la variación sirve de base para la detección del punto final de valoración.

VALORACION DE UNA BASE FUERTE CON UN ACIDO FUERTE

Esta valoración es enteramente análoga a la de un ácido fuerte con una base fuerte, excepto en el sentido de la valoración. Al comienzo (disolución alcalina), la disolución tiene una elevada

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concentración de OH- y por lo tanto un pH alto. El pH decrece gradualmente al principio, después rápidamente en las proximidades del punto estequiométrico y de nuevo gradualmente después de dicho punto.

Soluciones Standard para análisis cuantitativo y cualitativo

En el análisis volumétrico la concentración del analito se determina midiendo su capacidad de reaccionar con el reactivo patrón.

Este es una solución de concentración conocida capaz de reaccionar mas o menos completamente con la sustancia que se analiza. El volumen de la solución patrón requerido para completar la reacción con el analito se considera como un parámetro analítico dentro del análisis volumétrico

Puede ser necesario, ocasionalmente basar un análisis en una sustancia que no cumple

Patrones primarios para ácidos:

Carbonato de Sodio que es frecuentemente usado para soluciones ácidas de analitos, se puede obtener puro en el comercio o prepararlo a partir del carbonato hidrogeno C por una hora° C y 300 °de sodio puro calentado entre 270

2NaHCO3 Na→(s) 2CO3 (s) + H2O (g) + CO2 (g)

Tris-(hidroximetil) amino metano (THAM o TRIS)

(HOCH2)3CNH2

se puede obtener comercialmente con pureza de patrón primario, su peso equivalente es mas elevado (121,14) que el carbonato de sodio (53,000)

Otros patrones primarios ácidos como el tetraborato de sodio, oxido de mercurio (II), oxalato de calcio.

Patrones primarios para bases:

Los más comunes son ácidos orgánicos débiles

Hidrogeno Ftalato de Potasio (KHC8H4O4) el cual posee muchas cualidades necearías para ser un patrón primario ideal. Es un sólido no higroscópico con un peso equivalente elevado. En la mayoría de los casos se puede usar el producto comercial sin necesidad de purificarlo pero para análisis con mayor exactitud este con certificado de pureza se puede obtener en el National Bureau of Standars.

Acido Benzoico: se puede obtener con un elevado grado de pureza y se puede usar como patrón primario para bases el inconveniente es su limitada solubilidad

Hidrogeno Yodato de Potasio (KH(IO3)2) excelente patrón primario con peso equivalente elevado es un ácido fuerte que se puede valorar usando cualquier indicador con intervalos de transición de pH entre 4y10.

INDICADORES ACIDO-BASE

Las sustancias utilizadas como indicadores en las valoraciones de neutralización son ácidos o bases débiles, cuyos iones tienen un color diferente del de las formas sin disociar. Sus

- -


equilibrios en disolución pueden tratarse matemáticamente lo mismo que los de cualquier otro icógeno débil.Para un indicador ácido, representado para simplificar por Hin,

HIn ⇔ H+ + In-

Forma "ácida" Forma "alcalina"

Ka = [ ] [ ]

[ ]HIn

InH −+

y [ ]

[ ]HIn

In −

= [ ]+H

K a

El color observado, es decir, la relación [ ]−In / [ ]HIn depende de [ ]+H ; a elevada [ ]+H , esta relación es pequeña y el indicador presenta su color ácido; a baja [ ]+H , la relación es grande y el indicador manifiesta su color alcalino.

Para un indicador ácido - base, representado por InOH,

InOH ⇔ In+ + OH-

Forma " alcalina " Forma " ácida alcalina"

Kb = [ ] [ ]

[ ]InOH

OHIn −+

y [ ]

[ ]InOH

In +

= [ ]−OH

K b

Para valores bajos de [ ]−OH , la relación [ ]+In / [ ]InOH es grande y se aprecia el color ácido; para valores altos de [ ]−OH , en que la relación anterior es pequeña, se aprecia el color alcalino.

Experimentando con observadores de visión normal, se ha demostrado que en un sistema de dos colores, un color puede ser detectado en presencia del otro cuando la relación de la intensidad del primero a la del segundo es alrededor de 1/10. Así, al pasar de la forma ácida de un indicador o su forma alcalina puede apreciarse el caucho de color cuando [forma alcalina]/[forma ácida] es de 1/10; en dirección contraria se observa el primer cambio de color cuando la relación es de 10/1. Poniendo la ecuación en forma logarítmica, se tiene

pH = pKa + log([In-]/[HIn])

El intervalo de viraje del color expresado en pH es, pues,pH = pKa ± log(1/10) = pKa ± 1

Experimentalmente, el intervalo de viraje de la mayor parte de los indicadores es aproximadamente de 1.6 unidades de pH. Cuando la mitad del indicador puesto está en cada una de sus formas [In-] = [HIn] y pH = pKa. Como los colores se basan en su percepción subjetiva por el observador y el ojo presenta distinta sensibilidad para los diferentes colores, los valores límite del intervalo de viraje son solo aproximados y pueden no ser simétricos respecto al valor de pKa del indicador.

SELECCIÓN DEL INDICADOR ADECUADO

Como regla general se debe seleccionar el indicador que cambia de color en un pH aproximado al punto de equivalencia de la titulación preferiblemente que este por encima de éste.

- -


Procedimiento:

1. Valoración del HCl. Se usa bórax Na2B4O7.10H2O(s) diluido totalmente en H2O, se agrega

unas gotas de anaranjado de metilo. Se llena la bureta con HCl, añadir HCl hasta que la

solución tome un color anaranjado intenso.

15.2

2. Valoración del NaOH. Se titula 25ml de NaOH y se completa con agua un volumen igual a la

titulación anterior más unas gotas de fenolftaleina. Agregar HCl hasta que la solución

adquiera un color violeta muy claro.

20.1

- -


3. Determinación de concentración (M y N) de H2SO4 y medición de su densidad.

Cuadro de Resultados

Valoración de HCl usando Bórax.

mBórax (Diluido en H2O)

Indicador utilizado Volumen utilizado

Normalidad

270.5 mg Anaranjado de Metilo(4 gotas)

15.2 ml de HCl 0.093

Valoración de NaOH con HCl

Volumen de NaOH Indicador utilizado Volumen utilizado

Normalidad

25 ml Fenolftaleina(4 gotas) 25.1 ml de HCl 0.093

Determinación de la concentración M y N del H2SO4 comercial

Densidad experimental % de masa M N Temperatura

1.830 91.873 % 18.658 37.316 21 °C

- -


CUESTIONARIO1. Responda:

a) Indique como se hace la valoración del .

Solución:

La valoración del se realizó utilizándolo como titulante frente una

solución proveniente de la disolución del bórax, ya que conocíamos tanto la masa del mismo y el volumen de la solución (60ml) entonces usando como indicador al anaranjado de metilo se pudo determinar un gasto de titulación y ya que los equivalentes se mantienen iguales entonces es posible realizar tal valoración

b) Escriba las ecuaciones químicas, que justifican el PE (peso equivalente) del bórax es:

(ver libro).

Solución:

c) ¿Qué clase de reacciones se efectuaron? ¿Por qué?

Solución:

Se realizan reacciones de neutralización ya que la solución proveniente de la disolución del bórax se produce una reacción con el disolvente que es el agua produciendo hidróxido de sodio que se neutraliza con el ácido clorhídrico.

2. Con el valor medido del specific gravity , del ácido comercial presentado, calcule su N, M,

y su m (molaridad).

- -


( )33

4

Conociendo los datos:

%

1.4044 66.42 interpolando los datos medidos en el lab.

1.4078 67.18

%66.59

1.4044 66.42 0.173.4 10 0.76

1.4070 66.42 66.598 10

1.4078 67.18

mL HNOxx

x x xx x

ρ

ρ−

−

∆ = ⇒ ⇒ = + ∆ =∆

K

( )

( )

2

1 1

1

1 2

141

33.41

1.85

: 1.4070 93.69 . 1.366.59

0.019 . 0.019 1

0.412

1.338.91

33.41 10

ac ac

agua

mLde Agua

n mol

W W WPero W g n n mol

V Mn

M M N M N NVn

X Xn n

nm m m molal

W Kg x

ρ

θ θ

−

→ =

= = = ⇒ = = ⇒ =

→ = = = → = =

∴ = ⇒ =+

∴ = ⇒ = → =

K

K K

3. En la práctica se utilizaron dos indicadores ácido – base, la fenolftaleína y el anaranjado de metilo. Escriba los rangos de viraje (pH) y los colores respectivos para ambos indicadores.

Solución:

Los indicadores usados son:

Indicador Nombre Científico IndpK Rango de pH

Variación de coloración

Alcalino Ácido

Fenolftaleína Fenolftaleína 9.3 8.0 – 9.8 Rojo Violeta Incoloro

Anaranjado de Metilo

Dimetilaminobenceno sulfonato sódico

3.5 3.1 – 4.4 Amarillo Rojo

4. Responda:

a) Con los valores (ver libro) para la neutralización de un ácido débil con una base fuerte o al revés, dibuje en papel milimetrado la curva de neutralización respectiva.

Solución:

Se presentará en un anexo póstumo a éste informe.

b) Presente los cálculos para 2 puntos de la curva.

- -


Solución:

Se presentará en un anexo póstumo a éste informe.

5. En un matraz afurado o fiola de 1l se disuelve una cantidad desconocida de , ácido

sulfúrico. Para valorar 25ml de disolución se gastaron 30.45ml de 0.1025N ¿cuántos

gramos de se introdujeron en el matraz?

Solución:

( )( ) ( ) ( ) ( )

( )

( ) ( )

2 4? 25

25 30.45 0.1025

0.1248 : .

0.1248 . 2 0.0624 .

25 0.0624 0.244 .98

muestra muestra

muestramuestra

muestra

W H SO V mL

mL C mL N

C N pero N M

M M M

W xV mL x g

M

θ

= ∧ =

=⇒ = =→ = ⇒ =

= = → =

K

6. Se disuelven 2.3200g. de sosa caústica ( ) en cierto volumen de agua. La solución

obtenida se tituló con 1.9640N y se gastaron 28.80 ml del mismo. Calcule el % de

en la muestra.

Solución:

( ) ( )

2

1 1

2 2 2 3

Sabiendo que los equivalentes se mantienen: .

Además :

Para el caso de que ya se haya producido la reacción:

28.8 1.964 .2 1.75 .62

. 62 2

Calculando el por

Na O

WN V

m eqNaOH CO Na O H CO

aa g

Obs M atm gr θ

→ =−

+ → +∴

→ = ⇒ =

= − ∧ =∴

( )

centaje en masa:

2.32 1.75 75.43%100x

x→ = ⇒ =

- -


Conclusiones:

♦ Una solución valorada es aquella cuya concentración se conoce con gran exactitud.

♦ Los ácidos valorados que más se emplean son:

♦ El clorhídrico, el nítrico, el sulfúrico y, en ocasiones el oxálico.

♦ El ácido clorhídrico es bueno para determinaciones en frío o calor suave.

♦ El ácido oxálico tiene la ventaja de poderse preparar directamente con una pesada y

servir de intermediario entre la acidimetría y la oxidimetría.

♦ La valoración de una solución de ácido se lleva a cabo experimentalmente,

determinando el volumen de ácido que equivale a un peso conocido de sustancia

alcalina.

♦ Tipo primario (Bórax Na2B4O7 10H2O ó Carbonato sódico anhidro (SOSA)). De

modo similar se contrasta una solución de alcali buscando su equivalencia con un

peso o con un volumen de un ácido de riqueza conocida.

♦ Para preparar y valorar soluciones ácidas; se puede partir de soluciones concentradas

puras midiendo su peso específico con un areómetro y tomando de una tabla el tanto

por ciento en peso correspondiente a la densidad encontrada.

♦ Conociendo así los gramos de ácido por unidad de volumen en la solución

concentrada, puede calcularse fácilmente el número de centímetros cúbicos de la

misma que han de ponerse en un matraz aforado, para que después de enrasar, resulte

una solución de la concentración o normalidad deseada.

♦ Para que una reacción química sea adecuada para utilizarla en una titulación, la

reacción debe ser completa en el punto de equivalencia, mientras mayor sea la

constante de equilibrio, la reacción será más completa y el cambio de pH cerca del

punto de equivalencia será mayor y más fácil de localizar.

♦ Los indicadores son colorantes orgánicos con naturaleza de ácidos o bases débiles

cuyos iones tienen un color diferente de l de la forma sin disociar.

♦ Son usados como indicadores de titulación, y por ello deben cambiar bruscamente de

color en un pequeño intervalo de valores de pH.

♦ El cambio de color del indicador debe ser un proceso plenamente reversible.

Bibliografía

ARTHUR I. VOGEL Química Analítica Cualitativa. Editorial Karpelusz

Quinta Edición

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Buenos Aires 1974V. N. ALEXEIEV Análisis Cuantitativo Editorial Mir URSS 1978

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