Cálculo de la constante de equilibrio

DETERMINACIÓN DE LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO
Introducción
Los ácidos y las bases son una clase de compuestos muy importantes, a cuyo
estudio dedicaremos un tema posterior. Ellos controlan el pH de los sistemas
vivos, siendo tan importante esta magnitud que en el caso de los humanos,
variaciones fuera del rango 7,3-7,5 pueden provocar enfermedades serias. En
este experimento intentaremos determinar la constante de equilibrio de
disociación del ácido acético.
O
H 3C
OH
La fórmula semidesarrollada del ácido acético (ácido etanoico) es
la que puedes ver a tu izquierda. Para simplificar vamos a
representarlo mediante la fórmula HAc. El equilibrio de disociación
respondería a la siguiente ecuación:
HAc + H2O ' H3O+ + Ac-;
con una expresión para la constante de concentraciones de la forma
CH O * C Ac −
3
; donde Ka se denomina constante de acidez y engloba a la
Ka =
CHAc
concentración molar del agua que no aparece en la expresión de la constante
de equilibrio.
Como veremos en un próximo tema, la concentración del ión hidronio (H3O+) se
puede determinar midiendo el pH de la disolución, para lo cual existen
dispositivos como el electrodo de vidrio que constituye la parte central del
pHmetro. La relación entre concentración del ión hidronio y el pH viene dado
por la expresión: pH = − log CH O +
3
Objetivos
1.- Aprender a determinar experimentalmente el valor de una constante de
equilibrio, comparar su valor con el que aparece tabulado y calcular el error
relativo cometido en la determinación
2.- Preparar diversas disoluciones por dilución y mezcla
3.- Aprender a determinar con un pHmetro los valores del pH de diversas
disoluciones
Material
•
Matraz aforado 100
ml (2)
•
Pipeta y su bomba
•
Frasco lavador
•
Agitador de vidrio
•
Vasos precipitados
100 ml (2)
•
•
Espátula
•
Modo operativo
•
pHmetro
•
Vasos precipitados
50 ml (1)
Disolución 1,0 M de
ácido acético
•
Acetato de sodio
Vidrio de reloj
•
Balanza
Colócate las gafas como material de protección para esta práctica. El ácido
acético utilizado no es peligroso, pero si algo te cayese en las manos, deja lo
que estés haciendo y lávate con abundante agua del grifo
Preparación de las disoluciones a medir
1.- Determina en casa la masa de acetato de sodio que
debes tomar para preparar 100 cm3 de una disolución 1,0
M.
O
H3C
O
Na
Acetato de sodio
2.- Mide con la ayuda de la espátula y el vidrio de reloj la masa necesaria,
introdúcela en el matraz aforado, disuelve con agua destilada y enrrasa
hasta el volumen deseado. Etiqueta tu matraz para no confundirlo
3.- En el otro matraz introduce 10 cm3 de la disolución 1,0 M de ácido acético,
disuelve en agua y enrrasa hasta la señal de 100 ml. Etiqueta tu matraz
como disolución diluida de ácido acético
4.- Lava bien tu pipeta ya que la necesitarás para operaciones posteriores
(A)Determinación del pH de una disolución de ácido acético 1,0 M
1.- Toma 10 cm3 de la disolución de ácido acético 1,0 M y deposítalos en el
vaso de 100 ml.
2.- Enciende el pH-metro, selecciona la forma de medición pH e introdúcelo en
el vaso anterior
3.- Agita suavemente el vaso y toma el valor del pH que aparezca cuando la
lectura se estabilice (puede llegar a tardar 2 minutos en hacer esto). Anota
igualmente la temperatura de la disolución seleccionando la tecla
temperatura
4.- Guarda el vaso y su contenido para realizar el apartado (C)
Valor del pH Temperatura (ºC)
(B) Determinación del pH de la disolución diluida de ácido acético
1.- Con tu pipeta y su bomba toma 10 cm3 de la disolución diluida de ácido
acético y deposítalos en el vaso de 50 ml
2.- Lava bien tu pipeta ya que la necesitarás para operaciones posteriores
3.- Repite los pasos 2 y 3 del apartado (A) y anota los valores registrados
4.- Limpia bien el vaso para una próxima determinación
Valor del pH Temperatura (ºC)
(C) Determinación del pH de una disolución mixta acético/acetato
1.- Al vaso utilizado en el apartado (A) le añadirás con la ayuda de pipeta y su
bomba 25 cm3 de la disolución de acetato de sodio 1,0 M preparada por ti
2.- Con la ayuda del agitador de vidrio mezcla bien las dos disoluciones hasta
que queden lo más homogéneas posible. Mientras tanto vuelve a lavar bien
pipeta para la próxima operación
3.- Repite los pasos 2 y 3 del apartado (A) y anota los valores registrados y
guarda el contenido del vaso para la próxima determinación
Valor del pH Temperatura (ºC)
(D) Determinación del pH de una disolución mixta acético/acetato diluida
1.- Con la ayuda de la pipeta y su bomba toma 10 cm3 de la disolución
utilizada para la prueba (C) y deposítalos en el segundo vaso de 100 ml.
Limpia bien tu pipeta
2.- Toma 40 cm3 de agua destilada y añádelos a la mezcla anterior. Vuelve a
lavar bien tu pipeta
3.- Con la ayuda del agitador mezcla bien las dos disoluciones hasta que
estén lo más homogéneas posible
4.- Repite los pasos 2 y 3 del apartado (A) y anota los valores registrados
Valor del pH Temperatura (ºC)
(E) Determinación del pH de una nueva disolución mixta acético/acetato
1.- En el vaso de 50 ml que habías lavado, deposita 5 cm3 de la disolución de
acetato de sodio 1,0 M.
2.- Toma 30 cm3 de la disolución 1,0 M de ácido acético y deposítalos en el
vaso anterior
3.- Con ayuda del agitador mezcla bien las dos disoluciones hasta que estén
lo más homogéneas posible
4.- Repite los pasos 2 y 3 del apartado (A) y anota los valores registrados
Valor del pH Temperatura (ºC)
Cálculos y gráficas
Para cada uno de los 5 apartados has de determinar el valor de la constante de
acidez Ka. El valor final de la constante de acidez será la media aritmética de
los cinco valores obtenidos experimentalmente. Lo mismo puedes hacer con el
valor de la temperatura. Para los cálculos de los apartados B, C y D deberás
calcular previamente la concentración de la disolución diluida de ácido acético
El esquema general para cada caso se puede resumir en este cuadro
HAc + H2O ' H3O+ + Ac i)
n
-
n’
est)
x
x
x
eq)
n-x
x
n’+x
El valor de x se obtendrá del valor experimental del pH, al coincidir con la
concentración de iones hidronio. Los valores de n y n’ los obtendrás de los
valores de volúmenes tomados y concentraciones de las disoluciones
utilizadas. Para calcular los valores de Ka tener en cuenta los volúmenes
finales de cada caso, suma de los volúmenes añadidos en cada caso
Cuestiones
a) ¿Cuál es la concentración del ácido acético en la denominada disolución
diluida de ácido acético?
b) Busca en las tablas de tu libro el valor de la Ka del ácido acético y
compárala con la que has obtenido experimentalmente. ¿Qué error relativo
has cometido en tu determinación?
c)
Explica como funciona el electrodo de vidrio para determinar los valores de
pH. Haz una búsqueda, bibliográfica o por Internet, y haz un breve
resumen (máximo 8 líneas) de lo que hayas encontrado