Pràctica 1 química - Apunts 1 PDF

Preview

Summary

Pràctica 1 química...

Description

Pràctica 1: L'equilibri àcid-base. Valoracions àcid-base 1.1. Introducció i fonament teòric Una valoració o volumetria consisteix en la determinació del volum d'una dissolució de concentració coneguda, anomenada dissolució valorant, que reacciona amb una altra la concentració de la qual s'ha de determinar. Per realitzar aquestes valoracions el que es fa és que es col·loca la dissolució de concentració coneguda en una bureta i s'aboca sobre un volum conegut de la dissolució de concentració desconeguda que volem esbrinar i que tenim en un Erlenmeyer o en un vas de precipitats (Figura 2); fins que s'arriba al punt d'equivalència. Aquest punt, és aquell en el qual la substància que afegim amb la dissolució valorant és estequiomètricament equivalent a la quantitat present de la substància de la qual volem esbrinar la seva concentració en la dissolució problema.

Figura 1. Esquema del muntatge experimental d'una valoració. (Modificació pròpia a partir de https://www.cienciasfera.com/materiales/fisicayquimica/quimica/tema14/1_volumetras_cidobase.html)

Per saber quan s'ha arribat al punt d'equivalència, és necessari que es produeixi algun canvi físic o químic, com ara l'aparició d'un precipitat, un canvi de color, conductivitat elèctrica, etc., que pugui ser observat mitjançant un aparell o indicador. En una valoració àcid-base, en el que ens fixem és en la variació del pH respecte el volum que vam afegint de dissolució valoradora. Aquest gràfic rep el nom de corba de valoració. Moltes vegades, prop del punt d'equivalència, el valor del pH experimenta un salt brusc i ample (Figura 3). Aquest salt es pot veure si fem una mesura contínua del valor del pH mitjançant un pH-metre o també es pot posar de manifest mitjançant un indicador de pH (substància que canvia de color a partir d'un determinat valor o interval de pH), el interval de viratge del qual estigui comprés dins dels extrems d'aquest salt.

Figura 2. Corba d'una valoració d'un àcid dèbil amb una base forta. En aquest cas, valoració d'una dissolució de CH 3COOH 0.1 M amb una dissolució de CH3COOH 0.1 M. Degut a la hidròlisi de la sal que forma, el pH en el punt d'equivalència és més gran que 7. (Font: Chang, R. Química. 11a ed. México: McGraw Hill, 2013.)

Si coneixem el volum necessari per assolir el punt d'equivalència de la solució de la qual coneixem la concentració, posem per exemple en una valoració àcid-base, on volem valorar una dissolució d'una base de concentració desconeguda amb una dissolució d'un àcid de concentració coneguda (p.e. si valorem NaOH amb HCl). A partir d'aquest volum i la concentració de l'àcid que tenim a la bureta i hem utilitzat per valorar, es pot calcular el nombre de mols que han reaccionat (nombre de mols= volum · concentració de la dissolució). De l'equació ajustada de la reacció es pot determinar el nombre de mols de base que hi ha a l'altre solució i que necessitem per arribar al punt d'equivalència, i, a partir del volum de la dissolució de la base que necessitem per arribar al punt d'equivalència, la concentració. Això es fa mitjançant la següent equació en el cas que per cada mol d'àcid reaccioni un mol de base: VA·CA=VB·CB i si aïllem la concentració de la base tindríem: CB = Va·Ca/Vb En el cas que féssim una valoració d'un àcid amb una base el procediment seria el mateix però aïllant la concentració de l'àcid, que és el que volem esbrinar. 1.2. Procediment: Aquesta pràctica consta de 3 parts. Es faran 3 valoracions utilitzant com a agent valorant hidròxid de sodi (NaOH) 0,04 M: ● Primer es valorarà una dissolució de concentració desconeguda d’àcid clorhídric (HCl) que és un àcid fort. (VA1) ● Després es valorarà una dissolució de concentració desconeguda d’àcid acètic (CH3COOH) que és un àcid feble. (VA2) ● Per últim, es farà una estimació del grau d’acidesa d’un vinagre que és una dissolució d’àcid acètic. (VA3)

El procediment per fer la valoració en aquest cas és el següent i el mateix per tots els casos: ● En la bureta que tenim al nostre lloc de treball hem d’afegir la dissolució que trobarem al matràs aforat que diu NaOH 0,04 M fins enrasar-la a zero. ● Una vegada tenim això hem d’anar a recollir 10 ml de la dissolució que volem valorar amb un vas de precipitats de 50 ml net. ● Al vas de precipitats li hem d’afegir 3 gotes de Fenolftaleïna que és l’indicador de pH que farem servir. ● Hem d’addicionar lentament la solució de la bureta al vas de precipitats, agitant-lo suaument, perquè reaccioni millor, fins que la solució viri a rosa i aquest color es mantingui fix malgrat agitem. Aquest serà el punt final de la valoració. En les dues primeres valoracions volem construir a més la corba de valoració, per això, quan fem la valoració, haurem d’anotar el valor del pH per cada ml abocat de dissolució valorant (NaOH) i quan s’arribi al punt final de la valoració. Després d’arribar a aquest punt final de la valoració haurem de seguir afegint NaOH fins que el valor de pH s’estabilitzi. ● Per mesurar el pH hem de seguir les següents passes. Treiem l’elèctrode de pH de la dissolució en la que es troba. El netegem amb l’ampolla d’aigua destil·lada i l’assequem amb una mica de paper de mans. El submergim 2 o 3 cm en la dissolució que estàvem valorant, esperem a que s’estabilitzi el valor del pH-metre i anotem el seu valor. ● Una vegada haguem acabat la valoració i haguem pres les dades suficients per la corba de valoració aboquem els residus generats per l’aigüera amb aigua abundant.

1.3. Activitats a realitzar: Aquestes activitats a realitzar seran diferents per les 3 valoracions que es faran, per això tot seguit s’explicarà a partir de les dades de cada valoració el que s’ha de fer. 1.3.1. Valoració de la dissolució d’àcid clorhídric (VA1) D’aquest valoració s’hauran de respondre les següents preguntes.

● Quina és la reacció de valoració que s’està produint? (0,5 p) NaOH(aq) + HCl(aq) →NaCl(aq) + H2O(l)

● Quin és el pH al qual s’arriba a l’equilibri? Per què? (0,5 p) Teòricament al pH 7 perquè són àcids i base forts i llavors l’equilibri es desplaça completament a la dreta, el que passa es que experimentalment costa molt arribar a aquest punt, per una gota que et passis ja se te’n va el pH tal i com ens va passar a nosaltres que ens va virar a pH 9,42

● Dibuixa en un full Excel o en la següent graella la corba de valoració que s’ha produït en aquest cas a partir de les dades obtingudes. (1p) 6 mL afegits de valorant (NaOH) pH

7

0

8

2

9

4

10

10,2 11 1,32 1,54 1,73 1,89 2,11 2,5 3,89 9,42 10,95 12 11,25

● En aquest cas hem utilitzat com a indicador la fenolftaleïna. A partir de les dades que has obtingut i de la corba de valoració realitzada penses que és un bon indicador? Raona la teva resposta. (0,5 p) Sí que és un bon indicador. Necessitem un un indicador que viri en la zona de salt de pH, no cal que viri just en el punt d'equivalència, i com la fenolftaleína cambia de color de pH 8,2 a 9,2 ens va ideal ja que entra dins l’interval d’aquest salt.

● A la següent taula surten diversos indicadors àcid-base i l’interval de pH al qual canvien de color, a més de la fenolftaleïna, consideres que hi algun altre que podríem haver fet servir per la valoració. (0,5 p)

Cal un indicador que viri en la zona de salt de pH, no cal que viri just en el punt d'equivalència. Valorant un àcid fort amb una base forta el salt és tan gran que ens abarca un munt d'indicadors, però a l’haver utilitzat un reactiu tant dil·luït el salt ens ha quedat en un interval molt més petit, entre 7 i 10 pH, i això es pot veure en el gràfic en la línia vertical. Podríem utilitzar el blau de bromtimol entre els indicadors oferits.

● Realitza els càlculs necessaris per determinar la concentració desconeguda, expressada en mol/l de l’àcid clorhídric. (0,5 p)

25·10E-3 L NaOH×0,4 ������ 1 ������ ������ 1�� × 1 ������ �������� ×

−

10×10��−3 �� ������ = 1�� ������ 1.3.2. Valoració de la dissolució d’àcid acètic (VA2) D’aquest valoració s’hauran de respondre les següents preguntes.

● Quina és la reacció de valoració que s’està produint? Quina és la diferència entre aquesta reacció i la de la valoració anterior? (0,5p) S’està produïnt la reacció: CH3COOH+NaOH⇄H2O+CH3COONa La diferència entre aquesta reacció i l’anterior és que aquesta es dona entre un àcid dèbil i una base forta i està en equilibri.

● Quin és el pH al qual s’arriba a l’equilibri? És superior al de l’anterior valoració? Per què? (0,5p)

EL pH al qual s’arriba a l’equilibri serà àcid ja que la reacció està desplaçada cap a l'esquerra

● Dibuixa en un full Excel o en la següent graella la corba de valoració que s’ha produït en aquest cas a partir de les dades obtingudes. (1p) 3,98 4,23 4,88 5,76 9,74 10,9 11,07 mL afegits de valorant (NaOH) pH 2 4 6 8 8,4 10 11

● En aquest cas hem utilitzat com a indicador la fenolftaleïna. A partir de les dades que has obtingut i de la corba de valoració realitzada penses que és un bon indicador? Raona la teva resposta. (0,5p) És un perfecte indicador ja que comença a canviar de color quan el medi és bàsic, que és quan es produeix la reacció completa

● A la següent taula surten diversos indicadors àcid-base i l’interval de pH al qual canvien de color, a més de la fenolftaleïna, consideres que hi algun altre que podríem haver fet servir per la valoració. (0,5 p) Amb l’àcid acètic la zona del salt del pH és principalment de 6.5 a 11, per tant, podrem utilitzar dos indicadors com el blau de thymol o el blau de bromotimol. Tot i així la fenolftaleïna és la més indicada fent el viratge en el medi una mica més bàsic amb la valoració ja realitzada.

● Realitza els càlculs necessaris per determinar la concentració desconeguda, expressada en mol/l de l’àcid acètic. (0,5p) ● Ara calculeu la constant Ka de l’àcid acètic. (1p)

Nota: Per realizar aquest apartat tingueu en compte que a partir de la valoració anterior, en el punt d’equivalència, l’espècie que predomina és A- (ió acetat); per tant, el pH vindrà donat per l’expressió que permet calcular el pH d’una base feble.

Experimentalment, es pot mesurar el pH en el punt de neutralització; pKW és un valor conegut i, per valoració es pot calcular [A-]:

Per tant, en aquest cas, assumirem que la concentració d’acetat será igual a la de la dissolució valorant. 1.3.3. Determinació de l’acidesa d’una mostra de vinagre comercial En aquest cas el primer que haureu de fer dues coses. ● Calculeu la concentració d’àcid acètic a la mostra. (1p)

● Calculeu l’acidesa de la mostra de vinagre. (1p) Per això necessiteu la densitat de la mostra comercial, que en aquest cas assumim que és d’aproximadament 1g/ml, i a partir d’això podem calcular el pes de la mostra expressat en grams. Conegut el tipus d’àcid present a la mostra, CH 3-COOH, i el seu pes molecular (60 g/mol), calcular els grams d’àcid presents. Calcular el percentatge d’àcid a la mostra en % pes/pes amb el següent càlcul (recorda tenir en compte la dilució del vinagre):...