Laboratorio N4 Universidad Nacional de Ingeniera
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA FACULTAD DE INGENIERA INDUSTRIAL Y DE
SISTEMAS
QUMICA INDUSTRIAL I
EQUILIBRIO IONICO EN SOLUCIONES ACUOSAS
Cosquillo Quispe, Mijael 20142502K
Garcs Timoteo, Antony 20141067I
Huamanyauri Huamn, Renzo 20141033G
Lima, junio 1 del 2015
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OBJETIVO
- Realizar el estudio de un aspecto muy importante en el equilibrio heterogneo; que
se refiere a sales poco solubles.
- Determinar el pH de soluciones acuosas empleando indicadores cido-bsicos y de
soluciones que se hidrolizan.
- Determinar la concentracin de cidos y bases por volumetra.
FUNDAMENTO TERICO
SALES POCO SOLUBLES
Una de las aplicaciones ms sencillas en un equilibrio qumico es el hallar la concentracin
de una sal poco soluble. Por ejemplo, si tomamos la disociacin del cloruro de plata en un
medio acuoso, tenemos lo siguiente:
() + ()
+ ()
Donde, al ser alcanzado el equilibrio, se llega que se ha disuelto slo 1,67 x 10-5 mol.
Aunque esta cifra pueda parecer insignificante para uno, este valor puede ser de gran
importancia dentro de un laboratorio. Por esta razn, es de inters encontrar las solubilidades
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de distintas sales mediante expresiones cuantitativas. Para ello, procederemos a determinar
la constante de producto de solubilidad:
= [() ] [()
+ ]
TITULACIN CIDO-BASE
Una valoracin cido-base (tambin llamada volumetra cido-base, titulacin cido-base o
valoracin de neutralizacin) es una tcnica o mtodo de anlisis cuantitativo muy usada,
que permite conocer la concentracin desconocida de una disolucin de una sustancia que
pueda actuar como cido neutralizada por medio de una base de concentracin conocida, o
bien sea una concentracin de base desconocida neutralizada por una solucin de cido
conocido .1 Es un tipo de valoracin basada en una reaccin cido-base o reaccin de
neutralizacin entre el analito (la sustancia cuya concentracin queremos conocer) y la
sustancia valorante. El nombre volumetra hace referencia a la medida del volumen de las
disoluciones empleadas, que nos permite calcular la concentracin buscada.
Aparte del clculo de concentraciones, una valoracin cido-base permite conocer el grado
de pureza de ciertas sustancias.
VIOLETA DE METILO
Propiedades y caractersticas:
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En su forma pura, el tetrametilada aparece cristales de color azul-verde como brillantes que
se funden a 137 C.
Violeta de Metilo son solubles en agua, etanol, dietilenglicol y dipropilenglicol.
Especficamente, violeta de metilo 6B es soluble en agua a 2,93% y 15: 21% soluble en
etanol.
Violeta de Metilo no debe confundirse con metilo azul o azul de metileno, otros dos
colorantes.
Usos:
Violeta de metilo 2B se utiliza como un indicador qumico para el pH a prueba los intervalos
de pH de 0 a 1,0. En el cido extremo de su rango de medicin, toma un color amarillo. En
alcalina, se convierte en violeta azulado. Violeta de Metilo puede proporcionarse como papel
de prueba de pH, o se puede suministrar en forma de cristales puros y se disuelve en la
muestra a ensayar.
Violeta cristal se utiliza en el rango de 0 a 1,8, mientras que tambin se convierte de amarillo
a azul.
En la medicina, violeta de metilo 10B se conoce como violeta de genciana y es el ingrediente
activo en la tincin de Gram, que se utiliza para clasificar las bacterias. Violeta de genciana
destruye las clulas, y se utiliza en desinfectantes intensidad moderada externo. La violeta de
genciana es muy venenoso para la mayora de los animales, perros y gatos incluido; no debe
ser utilizado para desinfecto la piel de estos animales.
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Violeta de metilo tambin tiene la capacidad de unirse al ADN. As que en las ciencias
biomdicas, que se utiliza para los ensayos de viabilidad celular. La unin al ADN tambin
pueden causar interrupciones en el proceso de replicacin de ADN, que pueden conducir a
mutaciones y cncer.
Por lo general, se formula para su uso como una gama violeta de metilo como indicador de
pH de una solucin 0,01-0,05% m / v gama de cristal violeta como una solucin de 0,02% w
/ v en agua.
ANARANJADO DE METILO
Naranja de metilo es un colorante azoderivado, con cambio de color de rojo a naranja-
amarillo entre pH 3,1 y 4,4. El nombre del compuesto qumico del indicador es sal sdica de
cido sulfnico de 4-Dimetilaminoazobenceno. Se empez a usar como indicador qumico
en 1878.
En la actualidad se registran muchas aplicaciones desde preparaciones farmacuticas,
colorante de teido al 5%, y determinante de la alcalinidad del fango en procedimientos
petroleros. Tambin se aplica en citologa en conjunto con la solucin de Fuschin. Tambin
es llamado heliantina.
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MATERIALES
Experimento N1
- 2 tubos de ensayo de 12x100.
- 1 Erlenmeyer de 250mL.
- 1 bureta de 25mL.
- NaCl, xM; K2CrO4, 1M; AgNO3, 0.01N.
Experimento N2
- 10 tubos de ensayo 13x100
- 1 pipeta de 10mL
- 1 probeta de 25mL
- HCl, 0.1M
- Violeta de metilo
- Anaranjado de metilo
Experimento N3
- 2 tubos de prueba 13x100
- 1 probeta de 25mL
- HCl, xM
- Violeta de metilo
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- Anaranjado de metilo
Experimento N4
- Erlenmeyer de 250 ml
- Pipeta
- cido actico, CH3COOH(concentracin desconocida)
- NaOH, 0.1 M
- Indicador anaranjado de Metilo
- Fenoltalena
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PROCEDIMIENTOS
Experimento N1
- Vierta 1mL de NaCl, xM, em um tubo de ensayo y 1mL de K2CrO4 em outro. Anote
el color de cada solucin, aada unas gotas de AgNO3, 0.01N, a cada solucin.
Observe cuidadosamente lo ocurrido y tome nota.
- Con una pipeta, vierta a un Erlenmeyer 10mL de solucin de NaCl, xM. Adale 2
gotas de cromato de potasio (20 gotas es aproximadamente 1cm3) cuya concentracin
est indicada en el frasco empleado.
- Coloque en su bureta 10mL de AgNO3, 0.01N, y deje caer lentamente a la solucin
anterior (gota a gota). Agite convenientemente el tubo de ensayo.
Observar que inicialmente se produce un precipitado blanco. Contine aadiendo
gotas de AgNO3, agitando suavemente el tubo hasta que se produzca un cambio
permanente de color; en este momento anote el volumen gastado.
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Gotas de
AgNO3, 0.01N
1mL
NaCl, xM
1mL
K2CrO4, 1M
10mL
NaCl, xM
10mL
AgNO3
0.01N 2 gotas
K2CrO4, 1M
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Experimento N2
- Tome 5mL de HCl, 0.1M, em um tubo de ensayo de 13x100 que este limpio y seco.
Como el cido flerte se puede suponer completamente ionizado em esta solucin
diluda. Rotule este tubo como [H+]=0.1M.
- Prepare 5mL de HCl, 0.01M, para lo cual tome 0.5mL de HCl, 0.1M, y pipetee
4.5mL de H2O destilada. Mezcle perfectamente esta nueva solucin y rotule este
tubo como [H+]=0.01M,
- Prepare 5mL de HCl, 0.001M, para lo cual tome 0.5mL de HCl, 0.01M, y pipetee
4.5mL de H2O destilada. Mezcle perfectamente esta nueva solucin y rotule este
tubo como [H+]=0.001M.
- Prepare 5mL de HCl, 0.0001M, para lo cual tome 0.5mL de HCl, 0.001M, y pipetee
4.5mL de H2O destilada. Mezcle perfectamente esta nueva solucin y rotule este
tubo como [H+]=0.0001M.
- Divida en dos partes el contenido de los tubos de concentracin 0.1, 0.01, 0.001 y
0.0001 M. A la primera serie aada 2 gotas de violeta de metilo y a los de la segunda
serie, aada 2 gotas de anaranjado de metilo.
- Anote los colores observados en cada solucin para las distintas concentraciones
haciendo uso de marcadores de color o de otro modo.
- Conserve todos los tubos para el siguiente experimento. La notacin [H+] reemplaza
a la notacin [H3O+].
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Experimento N3
- Mida 5mL de la solucin cida desconocida xM en su probeta.
- Divdala en partes iguales en dos tubos pequeos.
- Aada 2 gotas de anaranjado de metilo a uno y 2 gotas de violeta de metilo al otro.
- Compare los colores de estas dos soluciones con los colores de las otras 2 seres series
preparadas anteriormente.
- Anote la concentracin del ion hidrgeno [H+] de la solucin desconocida
En el primer tubo de ensayo se coloca 5 ml De
HCl a 1 M
En el segundo tubo agregar 0.5 ml de la solucion del
anterior tubo, luego pipetear 4.5ml de agua
destilada
Realizar el mismo procedimiento para el 3er y
4to tubo
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Experimento N4
- Mida con su pipeta 10mL de CH3COOH, xM. Virtalo en un Erlenmeyer; agrguele
20mL de agua destilada y 2 gotas de indicador de anaranjado de metilo.
- Llene su bureta con NaOH (solucin titulante de concentracin 0.1M) y djela caer
lentamente en el Erlenmeyer de la parte anterior agitando continuamente el
Erlenmeyer. Observe cualquier cambio de color en la solucin. En el instante en que
se produzca un cambio permanente anote el volumen de NaOH gastado.
- Realice nuevamente la titulacin para obtener un resultado ms exacto.
- Repita los pasos anteriores, utilizando en lugar de anaranjado de metilo el indicador
fenolftalena.
comparar la solucion acida desconocida con anaranjado de
metilo
comparar la solucion acida desconocida con violeta de
metilo
observar la intensidad de color
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Medir con una pipeta 10ml de CH3COOH xM verterlo
en el erlemeyer y agregarle 2 gotas de anrrajando de metilo
Agregar dos gotas de anaranjado de metilo
Llenar en la bureta NaOH 0.1 M y dejarlo cer lentamente
en el erlemeyer agitando este hasta que se note un cambio
de color permanente.
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CLCULOS
Experimento N1
Ecuaciones:
() + ()
+ () = 1.7 1010
4()= + 2()
+ 24() = 2.2 1012
Operamos:
= [() ] [()
+ ] = 1.7 1010
[+] =
[]= 1.7 109 (1)
= [4()= ] [()
+ ]2
= 2.2 1012
[+] =
[4=]
= 1.48 106 (2)
De ah se deduce que el anin CrO4= necesita ms ion Ag+ para precipitar. 3 = 10
[] =3 0.01
10= 0.01
Luego:
=+
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=0.01 10
10= 0.01
Experimento N2
Grupo de tubos: A
SUSTANCIA: HCl INDICADOR: VIOLETA DE METILO
N TUBO CONCENTRACIN (M) COLOR A1 0.1 Celeste claro A2 0.01 Azul claro A3 0.001 Lila A4 0.0001 Lila ms claro que 3
Grupo de tubos: B
SUSTANCIA: HCl INDICADOR: ANARANJADO DE METILO
N TUBO CONCENTRACIN (M) COLOR B1 0.1 Rojo claro B2 0.01 Rojo ms claro que 1 B3 0.001 Rojo ms claro que 2 B4 0.0001 Naranja claro
Debemos tener en cuenta que estos clculos son principalmente CUALITATIVOS y de la
expresin matemtica para calcular el pH:
Grupo de tubos: A N TUBO pH COLOR A1 1 Celeste claro A2 2 Azul claro A3 3 Lila A4 4 Lila ms claro que 3
Grupo de tubos: B
N TUBO pH COLOR B1 1 Rojo claro B2 2 Rojo ms claro que 1 B3 3 Rojo ms claro que 2 B4 4 Naranja claro
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Experimento N3
Tomando en cuenta los colores del contenido de los tubos de ensayo del experimento N2
planteamos:
Grupo de tubos: A
SUSTANCIA: HCl INDICADOR: VIOLETA DE METILO N TUBO COLOR
A5 Entre el tubo A1 y A2 Grupo de tubos: B
SUSTANCIA: HCl INDICADOR: ANARANJADO DE METILO
N TUBO COLOR B5 Entre el tubo A1 y A2
Tambin en este experimento debemos tener en cuenta que estos clculos son principalmente
CUALITATIVOS y de la expresin matemtica para calcular el pH:
Grupo de tubos: A
N TUBO COLOR pH A5 (el tubo del medio) Celeste cristalino 1-2
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Grupo de tubos: B N TUBO COLOR pH B5 (el tubo del medio) Rojo claro 1-2
Experimento N4
En la titulacin se da la siguiente reaccin:
CH3COOH+NaOH CH3COONa+H2O
Del experimento se obtuvo:
Volumen usado de NaOH =2 ml
El cambio en el anaranjado de metilo se da cuando el pH supera el 4
4= -log([H])
[H]=10-4
REEMPLAZANDO EN LA REACCION
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CH3COOH H++CH3COO-
Al inicio n --- ---
Cambio -x +x +x
En el equil. n-x x x
Donde: Ka=1.8x10-5 (tabla 15.5 (pg. 657)- Raymond Chang)
Ka =[][3]
[3]
1.8x10-5=X2/[CH3COOH] X= 10-4
[CH3COOH]=5.6*10-4
Esto proviene de la parte del cido que no fue consumido esto multiplicado por el volumen
total que es 32 ml = 1.8*10-2milimoles
En la titulacin se us 2 ml entonces:
2ml*0.1M=0.2 milimoles
Esto equivale a la cantidad de cido que fue utilizado entonces fue utilizado en total 0.218
milimoles esto entre 10 ml =0.0218 M
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OBSERVACIONES
Experimento N1
Sustancia Color
NaCl Incoloro
K2CrO4 Amarillo opco
NaCl+ AgNO3 Turbio
K2CrO4+ AgNO3 Rojizo
Volumen gastado de AgNO3 10mL
- Al aadir AgNO3 a la solucin de NaCl se torna turbia la solucin, que luego
precipita, indicando la formacin del AgCl en estado slido.
- Al aadir AgNO3 a la solucin de K2CrO4 se torna color rojizo la solucin,
indicando al formacin del Ag2CrO4 en estado slido
- Al aadir gota a gota el AgNO3, a travs de una bureta, al matraz que contiene NaCl
con dos gotas de K2CrO4 se necesita 10 mL de AgNO3 para que la solucin cambie
completamente de color(blanco).
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Experimento N2
- Cuando se aade violeta de metilo al tubo de concentracin 0.1 M (tubo A1) el color
observado es celeste claro; con el tubo de concentracin 0.01 M (tubo A2) el color es
azul claro; con el tubo de concentracin 0.001 M (tubo A3) el color es lila; finalmente
con el tubo de concentracin 0.0001M (tubo A4) el color observado es un lila ms
claro que el anterior.
- Cuando se aade anaranjado de metilo al tubo de HCl de concentracin 0.1 M (tubo
B1) se observa un color rojo claro; con el tubo de concentracin 0.01 M (tubo B2) el
color obtenido es un rojo ms claro que el anterior; con el tubo concentracin 0.001
M (tubo B3) el color es rojo an ms claro; finalmente, en el tubo de concentracin
0.0001 M (tubo B4) se observa un color naranja claro.
Experimento N3
- Al aadir violeta de metilo al tubo con HCl de concentracin desconocida se obtiene un color que se encuentra entre los colores observados en los tubos A1 y A2.
- Al aadir anaranjado de metilo al tubo con HCl de concentracin desconocida se obtiene un color que se encuentra entre los colores observados en los tubos B1 y B2,
pero estos dos ltimos tubos no indican nada pues los colores son muy similares.
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Experimento N4
- Al aadir gotas de anaranjado de metilo al CH3COOH la solucin toma una
coloracin rojo claro. En el punto final de la titulacin de ste cido con el NaOH la
solucin resultante tiene un color amarillo claro. Cuando se aaden gotas del
indicador fenolftalena al CH3COOH, la solucin permanece incolora. En el punto
final de la titulacin con NaOH, la solucin resultante presenta una coloracin entre
rojo carmes y violeta.
CONCLUSIONES
1.- El pH es una medida de la acidez de los compuestos analizados y no tiene unidades.
2.- El pH aumenta a medida que disminuye la concentracin de iones H+.
3.- Las soluciones cada vez ms diluidas de una sustancia cida como el HCl presentan pH
cada vez mayores: las diluciones de soluciones cidas disminuyen dicho carcter cido.
4.- El punto final en una valoracin o titulacin se alcanza cuando el indicador utilizado
cambia de color. En el caso del CH3COOH, inicialmente, al aadirle anaranjado de metilo
se observ una coloracin roja, lo que indica que elCH3COOH es un cido; en el punto final
de la valoracin de ste cido con NaOH, la solucin ya haba cambiado a un color amarillo
claro. Este color es el que presenta el anaranjado de metilo en contacto con una solucin
bsica.
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5.- El punto final de un indicador no se produce a un pH especfico, existe un intervalo de
pH en el que se observa el punto final. En la prctica, esto significa que hay un margen en el
nmero de gotas que se puede aadir de NaOH alCH3COOH sin que se afecten los clculos
del pH de la solucin resultante.
6.- En la titulacin de CH3COOH (cido dbil) con NaOH (cido fuerte) el pH resultante es
mayor que 7. Esto se debe a que, en el punto de equivalencia (cuando slo hay acetato de
sodio), hay un exceso de iones OH. Esto significa que la solucin resultante tiene un carcter
bsico.
7.- El anaranjado de metilo es un indicador muy recomendable para la titulacin de
CH3COOH con NaOH.
CUESTIONARIO
1.- Cules son las ecuaciones correspondientes de la experiencia referente a sales
poco solubles?
Ecuaciones:
() + ()
+ () = 1.7 1010
4()= + 2()
+ 24() = 2.2 1012
= [() ] [()
+ ] = 1.7 1010
[+] =
[]= 1.7 109 (1)
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= [4()= ] [()
+ ]2
= 2.2 1012
[+] =
[4=]
= 1.48 106 (2)
2.- En el experimento N1, Cuntos mL de nitrato de plata emple hasta observar un
cambio permanente y qu concentracin de iones Cl- significa tal volumen?
Se us 10ml de nitrato de plata
() + ()
+ ()
3 3 =
0.01 10 = 10
= 0.01
3.- A qu concentracin de iones [Ag+] precipita el AgCl?
() + ()
+ () = 1.7 1010
= [() ] [()
+ ] = 1.7 1010
[+] =
[]= 1.7 109 (1)
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4.- Qu concentracin de iones cloruro queda en la solucin al momento que empieza
a precipitar el 24()?
4()= + 2()
+ 24()
#(4=) = #(+)
0.1 0.1 = 10
= 0.001
5.- Cmo determinara si una solucin es cida o bsica?
Si se conoce su composicin y su concentracin podramos determinar si es una base o acido
fuerte o dbil y con ello hallar su [H+] o [OH-] y con estos datos calcular el pH o el pOH,
pero de manera general podemos hallar el pH con el papel indicador universal, la cual
consiste en una escala colorimtrica, es decir que mediante colores nos indica un determinado
pH.
6.- En la experiencia N4, al agregar 20 mL de H2O destilada, Vario el nmero de
moles de CH3COOH? Vari su concentracin? Por qu?
Al agregar 20 ml de agua destilada al CH3COOH, se est realizando el proceso de dilucin,
el cual consiste en la variacin de concentracin, pero no en la variacin de moles, debido a
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que solo estamos aumentando solvente, as aumentamos el volumen de la solucin y como
[] I.P. V, entonces la [] disminuye si el volumen aumenta.
7.- Cuntas moles de NaOH se utilizaron en la experiencia N4?
Se utiliz 2 ml de NaOH 0.1 M esto por 2 ml= 0.2 milimoles
8.- A qu llamamos pH y pOH?
Del producto inico del agua se deduce que la concentracin de H+ y OH-estn relacionada
de tal modo que conocida una de ellas se obtiene la otra de forma inmediata:
[+] [} = 1014
Para simplificar el manejo de magnitudes exponenciales se ha establecido el concepto de pH,
que es el logaritmo de la concentracin de iones H+, con el signo cambiado. Anlogamente,
se define pOH como el logaritmo de la concentracin de iones OH-, con el signo cambiado.
9.- Cul ser el pH de las siguientes concentraciones de [H+]: 10, 10-1, 10-7, 1014, 10-2M?
[H+] pH
10 -1(caso especial)
10-1 1
10-7 7
1014 -14(caso especial)
10-2 2
10.- Haga una grafica pH vs. V del experimento N4
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Para v de NaOH =0 PH =1.96
Para v=1ml Ph = 2.09
Para v=2ml ph= 4
Para v=2.18ml ph=7
11. - Indique algn mtodo para determinar la cantidad de AgNO3.
Podemos determinar la cantidad de AgNO3, al momento de titularlo, al tomar el volumen
usado justo cuando empieza la precipitacin, conociendo de antemano la concentracin del
AgNO3 ,
Conociendo el volumen usado, y la concentracin, podemos hallar el nmero de moles, y por
ende la masa usada
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12.- Cierto estudiante forma una cantidad no determinada de un cido dbil de carcter
desconocido; la disuelve en una cantidad no medida de agua, y la titula con una base
fuerte de concentracin desconocida. Cuando l ha agregado 10ml de base observa que
la concentracin de H3O+de 10-5M.continua la titulacin hasta que alcance el punto de
equivalencia para la neutralizacin de iones H+. En este punto su bureta indica 22.2ml
Cul es la constante de disociacin del cido?
Tenemos la siguiente ecuacin:
H A + BOH AB + H2O
cido dbil Base fuerte Sal
Esta reaccin alcanza el equilibrio cuando se ha gastado 22,2 ml de base, y cuando
se ha usado 10 ml la concentracin de [H3O+] es 10-5 M, entonces en el equilibrio:
H A + BOH AB + H2O
CaVa CbVb CbVb
# de moles de HA = # de moles de BOH
CaVa = Cb (0,0222)
Ahora analizamos en el momento que se hech 10 ml de base
H A + BOH AB + H2O
Cb (0,0222) 0,01Cb 0,01Cb
El # de moles de HA que queda despus de haber agregado es:
(0,0222 0,01) = 0,0122
H A + BOH AB + H2O
Cb (0,0122) 0,01Cb 0,01Cb
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Cuando se establece el equilibrio tenemos [H+] = 10-5
Ahora en la siguiente reaccin:
H A(aq) H+(aq) + OH-(aq)
[ HA ] [H+] [ A- ]
[HA] = Cb (0,0122) / ( V + 0,01 ) - 10-5
[A-] = Cb (0,01) / ( V + 0,01 ) + 10-5
Ka = [H+] [ A- ] ,remplazando tenemos: (10-5) (0,01Cb/V+0,01 + 10-
5)
[HA] (0,0122Cb/V+0,01 - 10-
5)
Como 10-5 es una cantidad muy pequea la despreciaremos en el denominador
como el denominador y tendremos: en
=10-5) (0,01Cb/V+0,01)
(0,0122Cb/V+0,01)
Ka = 8.19 x 10-6
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13.- Una solucin de un cido desconocido fue titulada con NaOH, 0,1M. Se alcanz el
punto de equivalencia cuando se haba agregado 36.12ml de base. Luego se agregaron
18.06mL de HCl, 0.1M a la solucin, y se encontr que el pH, medido con un
potencimetro era 4.92. Calcule la constante de disociacin del cido desconocido.
HA A- + H+
Ka = [A-] [H+]
[HA]
PH = 4.92 [H+] = 1,2.10-5
# de moles H+ =V.C.(54,81)(1,2.10-5) = 65.10-6
cuando se agrego 18,06ml de HCl
# de moles H+ = (18,06).(0,1) = 1,806
# de moles A- = (0,1).(36,12) = 3,612
Inicialmente moles de HA : 3,612-1,806 = 1,806
(HA) = 1,806 = 0,03
54,18
H+ = 1,2.10-5
A-1 = 0,03
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BIBLIOGRAFA
CASTELLAN, Gilbert W.
Fisicoqumica
Mxico, Pearson Educacin, 1987
1057 p.
CHANG, Raymond
Qumica
Mxico, editorial Mc Graw Hill, 1999
993 p.
WHITTEN, Kenneth W. Qumica general
Espaa, editorial Mc Graw Hill, 1998
1121 p.
CHANG, Raymond Fisicoqumica
Mxico, editorial Mc Graw Hill, 2009
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