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INFORME DE LABORATORIO DE ACIDO BASE....

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Introducción El

análisis

volumétrico

es

una

técnica basada en mediciones de volumen

para calcular la concentración de una sustancia en solución, y consiste en una titulación, que es el proceso de determinación del volumen necesario de solución (solución patrón) que reacciona con una masa o volumen determinado de una muestra. La adición de la solución patrón se continúa hasta

que

se

alcance

el

punto llamado punto final, el cual es cuando el número de moles de una sustancia es igual al número de moles de la otra. En una valoración ácido-base

se

añade

una

de las disoluciones gota a gota desde una bureta sobre la otra disolución (matraz Erlenmeyer), hasta que se produce un cambio de color debido al indicador. (Chang, 2013) La acidez y la basicidad constituyen el conjunto de propiedades características de dos

importantes

grupos

de

sustancias químicas: los ácidos y las bases. Las

ideas actuales sobre tales conceptos dadores

químicos consideran los

ácidos

como

de protones y las bases como aceptara. Los procesos en los que interviene

un ácido Intervienen también su base conjugada, que es la sustancia que recibe el protón cedido Por el ácido. Tales procesos se denominan reacciones ácidobase. (Petrucci, 2011).

Objetivos General:



Fortalecer el aprendizaje de los conceptos estequiométricos aplicados a las disoluciones y la técnica de valoraciones (titulaciones) ácido-base, identificando las reacciones neutralización.

Específicos: 

Calcular en función de los datos de valoración volumétrica y potenciométrica, la concentración de ácido en disoluciones.



Adquirir habilidades en el manejo de material volumétrico (buretas, pipetas y probetas) y potenciométrico (pH- metro) para realizar valoraciones con el fin de mejorar el trabajo en el laboratorio.



Realizar el trabajo de laboratorio de manera limpia y sistematizada para la obtención de resultados confiables y verídicos que permitan reportar los datos con responsabilidad, honestidad y seguridad.

 Marco conceptual

El análisis volumétrico consiste en la determinación del volumen de una disolución conocida (disolución patrón de valorante) que reacciona con otra disolución de la sustancia a analizar (analito). El análisis volumétrico se puede realizar con numerosas reacciones químicas, que se pueden agrupar en varios tipos principales: reacciones de neutralización (o ácido-base, como la que nos ocupa), de oxidación-reducción, de precipitación y de formación de complejos. El método de valoración se basa en la adición de una cantidad de disolución patrón que sea estequiométricamente equivalente a la sustancia objeto de la determinación, con la cual reacciona: esta condición se alcanza en el punto de equivalencia. Por ejemplo, en el caso genérico aX + bY ↔ cZ, cada mol de analito X en la disolución reaccionará con b/a moles del valorante Y. El punto final en la valoración corresponde a la variación de alguna propiedad física del sistema que se utiliza para detectar el término de la valoración. Entre las propiedades más habituales de punto final se encuentran el seguimiento del pH de la disolución con un pH-metro, el cambio de color debido al exceso de algún reactivo o a algún indicador (detectable bien a simple vista o con un espectrofotómetro), el enturbiamiento de la disolución por la formación de una fase insoluble (y consecuente aumento de la dispersión de luz, por ejemplo) o cambios en la conductividad eléctrica de la disolución. (Brown, 2004)  Valoración ácido-base Cuando se desea determinar la concentración de un ácido o una base en una disolución, éstos se hacen reaccionar con una base o un ácido patrón, respectivamente, cuya concentración es conocido con precisión. En el punto de equivalencia se produce un cambio brusco del pH, que se puede determinar empleando un indicador, o bien un pH-metro. Cuando la reacción se produce entre un ácido o una base fuerte, el pH

correspondiente al punto de equivalencia será 7. Si un ácido débil se valora con una base fuerte, el pH del punto de equivalencia es mayor que 7 (hidrólisis del anión conjugado del ácido, que actuará como una base débil, aunque tanto más fuerte cuanto más débil sea el ácido). Por el contrario, si una base débil se valora con un ácido fuerte, el pH del punto de equivalencia es menor que 7.  Seguimiento de la curva de valoración con pH-metro Cuando la valoración ácido-base se realiza con el pH-metro, se registran lecturas del pH con este instrumento en función del volumen de valorante añadido, y el punto final se obtiene en la representación gráfica de la primera de estas magnitudes, el pH, en función de la otra, el volumen de valorante. El punto final corresponde a la posición de mayor pendiente de la curva (casi vertical) al producirse el cambio brusco de pH que acompaña a la neutralización completa del analito. (Timberlake, 2011)  Procedimiento 

Titulación Volumétrica de una disolución de HNO3

Medir y transferir 10 ml de HNO3 al Elenmeyer

Agregar 3 gotas de Fenolftaleína

Realizar montaje de bureta con NaOH al 0.1M

Iniciar adición de la base Registrar volumen de hasta alcanzar una coloración base gastado roja rojiza permanente. 

Titulación Potenciométrica de una disolución de HNO3

Medir y transferir 10 ml de HNO3 al Elenmeyer

Sumergir electrodo y tomar pH inicial

Realizar montaje de bureta con NaOH al 0.1M

Registrar volumen de base gastado

Adicionar NaOH hasta cambio brusco de pH



Iniciar adición de poco a poco el volumen de 1 ml de base e ir agitando. Tomar pH en cada adición

Titulación Volumétrica y Potenciométrica de Vinagre

Tomar 10 ml de vinagre y agregarlos en un balón aforado

Aforar con Repetir proceso 1 y 2. agua destilada

 Resultados y análisis. 1. Realice los cálculos necesarios para determinar la concentración de la solución de HNO3 y del CH3 COOH en el vinagre a partir del volumen gastado en cada titulación volumétrica. NaOH +HN O3 → NaN O 3 +H 2 O 24 ml base

1.0 moles de NaOH =0.024 moles NaOH 1000 ml base

Como la relación molar es 1 a 1, entonces las moles de HNO3 son 0.024 moles 0.024 moles HN O3 1000 ml =2.4 M 10 mlHN O 3 1l

NaOH +C H 3 COOH → NaC H 3 COO + H 2 O 10.6 ml base

1.0 moles de NaOH =0.011 moles NaOH 1000 ml base

Como la relación molar es 1 a 1, entonces las moles de

C H 3 COOH son 0.011

moles 0.011 moles C H 3 COOH 1000 ml =1.06 M 10 mlC H 3 COOH 1l

2. Realice la gráficas de titulación pH vs. mL de base adicionado para cada una de las titulaciones potenciométricas llevadas a cabo.



Titulación Potenciométrica de una disolución de HNO3

NaOH agregado 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

pH 1 1,12 1,13 1,14 1,16 1,18 1,2 1,22 1,25 1,3 1,37 1,4 1,5 1,55 1,58 1,6

16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33

1,66 1,75 1,82 1,87 1,98 2 2,2 2,56 2,69 7 8,5 9,83 10,2 11,87 11,96 11,98 12 12,1

34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50

12,21 12,22 12,25 12,28 12,3 12,33 12,36 12,37 12,39 12,4 12,43 12,46 12,47 12,48 12,49 12,5 12,52

14 12 10

pH

8 6 4 2 0 0

10

20

30

40

50

60

Volumen ml NaOH



Titulación Volumétrica y Potenciométrica de Vinagre

NaOH agregado 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

pH 2,87 3,02 3,66 4,02 4,09 4,14 4,23 4,32 4,48 4,52 4,57 4,63 4,7 4,72 4,85 4,92

16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33

5,1 5,15 5,28 5,3 5,35 5,43 5,61 5,82 6,12 8,72 10,29 11,31 11,57 11,62 11,96 12 12,1 12,19

34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50

12,2 12,22 12,23 12,25 12,3 12,32 12,36 12,37 12,39 12,4 12,43 12,46 12,47 12,48 12,49 12,5 12,52

14 12 10

pH

8 6 4 2 0 0

10

20

30

40

50

60

Volumen ml NaOH

3. A partir de las gráficas de titulación determinar la concentración de la solución de HNO3 y del CH3 COOH en el vinagre. 

Concentración HN O 3 pH=−log [ Acido fuerte ]

[ Acido fuerte ]=1 0− pH

[ HN O 3]=1 0−1=0.1 M



Concentración CH3 COOH pH=

p K a−log [ Acido debil] 2

2∗2.87 = p K a− log [ Acidodebil ] 5.74 −4.8 =−log [ Acido debil ]

[ CH 3 COOH ] =10−0.94=0.115 M

4. Escribe y balancea las siguientes reacciones: a) Neutralización del ácido nítrico con hidróxido de potasio. KOH + HN O3 → KN O 3+ H 2 O b) Neutralización del ácido clorhídrico con hidróxido de calcio. OH ¿2 →2 H 2 O +CaC l2 2 HCl+Ca ¿ c) Neutralización del ácido nítrico con hidróxido de plata. HN O3 + AgOH → AgN O 3 + H 2 O

d) Neutralización del ácido sulfúrico con hidróxido de calcio. OH ¿2 →2 H 2 O +Ca S O 4 H 2 S O4 +Ca ¿

5. Usando el procedimiento visto, cómo podría calcular la concentración de ácido cítrico de la naranja o del limón. Demuestre los cálculos estequiométricos necesarios. 

Exprimes un limón y de ahí tomas con la pipeta 10mL de zumo, los viertes en un Erlenmeyer. Por otro lado preparas una disolución de una base como la que se utilizo en el laboratorio (NaOH) a una concentración determinada. Viertes de 40 a 50 mililitros de esa en una bureta. Al zumo le echas fenolftaleína, y comienzas a abrir suavemente la llave de la bureta, y dejas caer de a 1 ml de NaOH en el zumo. Cuando veas que la disolución de ácido cítrico (zumo) cambia de color, cierras la llave de la bureta y anotas cuantos mililitros contaste hasta llegar a esta tonalidad. Una vez obtenido el volumen, conociendo la molaridad calculas los moles de NaOH consumidos y a través de la estequiometria de la reacción (la

relación de moles de ácido y NaOH que reaccionan) puedes saber los moles de ácido que hay en los 10mL de zumo. Ese valor en moles lo divides de los 10mL (o sea de 0,01L) y ya has determinado la concentración del ácido (Zumo)

6. ¿Qué es una solución estándar? ¿Para qué se usa? 

Una solución estándar es

cualquier

una concentración conocida

con

solución

precisión . Del

química mismo

que modo,

tenga se

ha

estandarizado una solución de concentración conocida. Para preparar una solución estándar, se disuelve una masa conocida de soluto y la solución se diluye a un volumen preciso. La concentración de la solución estándar generalmente se expresa en términos de molaridad (M) o moles por litro (mol / L). No todas las sustancias son solutos adecuados para soluciones estándar. El reactivo debe ser estable, puro y preferiblemente de alto peso molecular . (Petrucci, 2011) 7. Cómo cambiarían las gráficas de titulación ácido-base para el caso en que se titulara H 2 SO4 con NaOH? Explique el porqué de las diferencias. Consulte la gráfica del proceso. 

No habría mucha diferencia, ya que el H2 SO4 es un ácido fuerte, y el NaOH es una base fuerte. Al conjugarse un ácido fuerte con una base fuerte, su punto de equivalencia será de un pH=7.

 Conclusiones 

Se fortalecieron los conceptos estequiometricos y se aplicaron de forma correcta en los análisis de valoraciones acido-base.



En función de los datos de valoración volumétrica y potenciometrica, se logró calcular las concentraciones de ácido en disolución.



Gracias al laboratorio, se adquirieron habilidades en el manejo instrumental del laboratorio, mejorando así su efectividad en los resultados obtenidos.

Referencias Brown T. y cols. 2004. Química. La ciencia central. Pearson Educación. México Chang R., Goldsby K. 2013. Química. Undécima edición. Timberlake K. 2011. Química. Una introducción a la química general, orgánica, biológica. Pearson educación. Madrid. Petrucci R., Herring F., Madura J. y Bissonnette C. 2011. Química general. Décima edición. Madrid. España....