1.Preparación de disoluciones y determinación de la concentración

1. Preparación de disoluciones y determinación de la concentración de
una disolución por medio de una valoración.
Primera parte
Preparar una disolución de NaOH ∼0.1M
Preparar disoluciones ∼ 0.1M de ácido clorhídrico, ácido sulfúrico y ácido cítrico, cuyas
concentraciones exactas serán determinadas la siguiente sesión.
Segunda Parte
Determinar la concentración exacta de la disolución de NaOH preparada en la primera
parte.
Primera parte. Tarea previa
1. ¿Qué significa la palabra “higroscópico”?
2. ¿Por qué las soluciones de NaOH deben guardarse en botellas de plástico?
3. Calcular las cantidades necesarias para preparar:
a. 250mL de solución de NaOH 0.1 M a partir de una solución 2M.
b. 50 mL de solución de HCl 0.1M a partir de HCl concentrado comercial
(37% m/m y densidad 1.18 g/mL)
c. 50 mL de solución de H2SO4 0.1M a partir de H2SO4 concentrado
comercial (98% m/m, densidad 1.84 g/mL)
d. 50 mL de solución de ácido cítrico C6H8O7 0.1M a partir de ácido
cítrico sólido.
4. ¿Qué cuidados hay que tener al mezclar los reactivos indicados en la pregunta anterior con
agua?
5. ¿Cómo se prepara cada una de las disoluciones indicadas en la pregunta 3? ¿Qué material
se requiere para preparar cada una?
6. ¿Cómo pueden prepararse 250mL de una disolución de NaOH 0.005M a partir de la
disolución 0.1M mencionada en la pregunta 3a?
7. ¿Cuál será la concentración de HCl de una disolución preparada tomando 10 mL de una
disolución 0.1M de y aforando a 50mL?
8. ¿Cómo pueden prepararse, a partir de una disolución 0.1M, 100mL de una disolución de
ácido cítrico cuatro veces menos concentrada?
9. Traer 4 botellas de plástico LIMPIAS y SECAS de capacidad adecuada para almacenar las
disoluciones que se prepararán durante la sesión.
10. Traer etiquetas o masking- tape para marcar las botellas.
Material y reactivos
Matraz aforado de 250mL
Probeta de 100 mL
Pipeta graduada de
3matraces aforados de 50mL
Vaso de precipitados de 50mL
Solución de NaOH 2M
HCl concentrado
H2SO4 concentrado
Etiquetas
1 botella de plástico de 500mL
Balanza
Piseta
Espátula
Ácido cítrico (sólido)
Agua destilada
Primera parte. Procedimiento.
Nota importante: La disolución de NaOH debe alcanzar para las determinaciones de esta sesión y
la siguiente.
1. Preparar todas las soluciones indicadas en el número 3 de la tarea previa tomando en cuenta las
respuestas a las preguntas 4 y 5.
2. Guardar las soluciones en las botellas de plástico etiquetadas con la fórmula de la sustancia, la
concentración aproximada, (las concentraciones exactas se conocerán hasta que se valoren las
disoluciones), el nombre del alumno y la fecha.
Segunda parte. Tarea previa
1. ¿Qué es una titulación o valoración?
2. ¿Qué es el punto de equivalencia de una titulación?
3. ¿Qué es un titulante?
4. Investiga los posibles efectos dañinos a la salud o al medio ambiente, del biftalato de potasio.
Registra tu fuente de información.
5. ¿Qué es un analito?
6. ¿Qué es una solución valorada, estandarizada o normalizada?
7. ¿Qué es un indicador ácido-base? ¿Cuál es el color de la fenolftaleína en medio ácido y en
medio básico?
8. ¿Cómo se calcula el % de error en una determinación experimental?
9.- ¿Cómo se calcula la desviación estándar para una serie de valores?
Introducción.
Conocer la concentración exacta de un reactivo en una solución no siempre es un asunto sencillo.
El hidróxido de sodio sólido por ejemplo, suele tener una cantidad de humedad no fácil de conocer
o eliminar. Así, suele suceder que si pesamos 20 gramos del reactivo tomado del frasco, en
realidad tengamos algo como 19 gramos de NaOH y 1 gramo de H2O. Existe otro inconveniente: el
dióxido de carbono ambiental es muy soluble en las disoluciones de hidróxido de sodio, con el que
reacciona de la siguiente manera:
Na+(ac) + OH-(ac) + CO2(ac) → Na+ (ac) + HCO3-(ac)
Esta reacción hace que disminuya la concentración de los iones OH- en la solución original. Por
estas razones, cuando se desea conocer la concentración exacta de una disolución de hidróxido de
sodio, se realiza un procedimiento químico, al que se le conoce como valoración, titulación, o
estandarización. A una solución cuya concentración ha sido determinada mediante este
procedimiento se le llama una solución valorada, titulada o estandarizada.
Para llevar a cabo este procedimiento de valoración, se requiere hacer reaccionar al NaOH con
otro reactivo, cuya concentración sí se conozca con precisión. Para esto se requiere que este otro
reactivo reúna las siguientes propiedades:
- Tener elevada pureza
- No ser higroscópico
- Ser estable a temperatura ambiente
- Ser soluble en agua
- Poder ser secado en una estufa
- No debe absorber gases
- Reaccionar rápida y completamente con la sustancia a valorar
A este tipo de sustancias se les conoce como patrón primario, o estándar primario. Una de las
sustancias más empleadas como patrón primario para titular una disolución de NaOH, es el
biftalato de potasio. El ácido ftálico, es un ácido orgánico con dos hidrógenos ácidos, uno en cada
grupo carboxilo. El biftalato es el anión resultante de la pérdida de un hidrógeno ácido del ácido
ftálico, pero que conserva otro hidrógeno ácido, (semejante al caso del ácido carbónico, H2CO3 y el
bicarbonato).
OH
OH
OH
O K
-
+
biftalato de potasio
Material por equipo
1 bureta de 50 mL con pinzas
3 matraces Erlenmeyer de 125 mL
Balanza
O K
+
-
+
O K
O
O
O
ácido ftálico
O
O
O
ftalato de potasio
Etiquetas o masking tape para etiquetar.
Probeta de 100 mL
Espátula
Reactivos
Solución de NaOH ∼ 0.1 M
Biftalato de potasio (204.23g/mol)
Solución de fenolftaleína (indicador)
Procedimiento. Titulación de NaOH ∼ 0.1M con biftalato de potasio
1. Pesar cuidadosamente tres muestras de aproximadamente 0.15 g de biftalato depotasio seco.
Las muestras, que no deberán tener la misma masa, se transfieren a tres matraces Erlenmeyer
etiquetados con la masa correspondiente. Anotar las masas de estas muestras en la Tabla 1.
2. Añadir a cada matraz Erlenmeyer, aproximadamente 50mL de agua destilada y agitar. Agregar
tres gotas de fenolftaleína.
Nota 1: No es necesario haber disuelto por completo al biftalato para iniciar la titulación, éste se irá
disolviendo al ir reaccionando.
Nota 2: La titulación debe llevarse a cabo por triplicado, variando ligeramente la masa de biftalato
de potasio y el volumen de agua.
3. Llenar una bureta limpia con la solución de NaOH por valorar y guardar la solución restante en
una botella de plástico con etiqueta.
4. Titular la primera de las tres disoluciones preparadas según los incisos 1, 2 y 3, agregando la
solución de hidróxido de sodio de 1mL en 1mL hasta que la solución tome un color rosa que
permanece a pesar de la agitación. Conviene colocar una hoja de papel blanco debajo del
Erlenmeyer, para apreciar bien el cambio de color. Esto indica que la reacción se ha completado
y se dice que se ha alcanzado el punto final o punto de equivalencia de la reacción.
5. Anotar el volumen de NaOH consumido en la Tabla 1.
6. Titular la segunda y tercera muestras, adicionar volúmenes más pequeños al aproximarse el
punto de equivalencia esperado. Tomar nota del volumen de sosa consumido en cada
experimento. Con esta información y realizando los cálculos necesarios, llenar la Tabla 1.
7. Mediante el promedio de los valores obtenidos para cada titulación, determinar la concentración
de NaOH. Colocar el valor de concentración obtenido sobre la etiqueta de su botella. Este valor
será necesario para los cálculos en las prácticas siguientes.
Manejo de los residuos
Las muestras de biftalato de potasio ya valoradas con sosa, pueden verterse al drenaje.
Resultados y análisis
1.- Llenar la siguiente tabla con los valores experimentales, tomando en cuenta los coeficientes
estequiométricos de la reacción realizada.
Tabla 1. Normalización de NaOH
Reacción:
N° de
muestra
masa de
biftalato
(g)
cantidad de
biftalato (mol)
HFt - + OH- → Ft2Cantidad de
NaOH que
reaccionó (mol)
+ H2O
Volumen de
NaOH
consumido (mL)
Concentración
de
NaOH (M)
1
2
3
PROMEDIO =
2.- Llenar la siguiente tabla con la cantidad de biftalato de potasio usado para cada valoración. En
la última columna, colocar el volumen teórico calculado de solución de NaOH 0.10M necesario para
reaccionar con cada muestra.
Tabla 2.- Cálculo de volúmenes esperados en las valoraciones de NaOH con biftalato.
Muestra #
Masa de biftalato
(g)
Cantidad de biftalato
de potasio (mol)
Volumen teórico de
NaOH 0.1M (mL)
1
2
3
3.- Análisis crítico de los resultados experimentales.
a). ¿Qué tan semejante es la molaridad obtenida con la esperada? Calcular el % de error.
b)¿Qué tan semejantes son entre sí los tres valores de molaridad obtenidos para la solución de
NaOH? ¿Cuál es la desviación estándar? ¿A qué pueden atribuirse las diferencias?
c) ¿Si tuviera que repetirse la determinación, qué modificaciones deberían hacerse?
Cuestionario adicional
1. La cantidad de agua añadida al biftalato de potasio ¿Tiene alguna influencia en la determinación
de la concentración de la disolución de NaOH?
2. ¿Cómo se prepararían 50g de una disolución de KOH al 10% m/m?
3. Describir el procedimiento experimental necesario para preparar, a partir de esta disolución, otra
con concentración 1M.
4. ¿Cómo se prepararían 50mL de una disolución de KOH al 10% m/m?
5.- Expresar la concentración de la solución 1M de KOH en % m/v.
6.- Describir el procedimiento experimental necesario para preparar 50mL una disolución 0.1M de
HCl, a partir de un ácido concentrado (37% m/m y densidad 1.18 g/mL) si solamente se tiene una
pipeta graduada de 10mL y un matraz de 50mL?
7.- La fenolftaleína empleada en esta práctica como indicador, es una disolución al 1% m/v en
etanol, de una sustancia sólida de fórmula C20H14O4. ¿Qué masa de fenolftaleína pura se requiere
para preparar 25mL de la solución indicadora? ¿Cuál es la molaridad de ésta?