Titulación Potenciométrica - Universidad de Puerto Rico Humacao

Rolando Oyola Martínez, Ph. D.
Universidad de Puerto Rico-Humacao
Departamento de Química
Call Box 860 Humacao, PR 00792-4300
[email protected]
Derechos Reservados@ene-mayo 2014-15
Titulación Potenciométrica
Introducción
El método de titulación potenciométrica consiste en
medir el potencial (voltaje) en una solución por medio de
un electrodo como función de volumen de agente titulante.
El potencial que se mide se puede transformar a unidades
de concentración de una especie en solución. La ventaja de
medir potencial es que éste se mide por medio de un
electrodo que es selectivo a la especie o analito que se
quiere determinar. Por lo tanto, el voltaje que se mide en la
solución es representativo de la concentración de la
especie en solución. Este alto grado de selectividad (señal
analítica que puede mostrar un pequeño grupo de analitos
en una solución que contiene múltiples especies químicas)
se debe a la propiedad física del electrodo con que se mide
el voltaje. En este experimento el voltaje es selectivo a la
concentración del ión hidronio en solución. Existen
electrodos selectivos a otros iones tales como cloruro, el
ión ferroso, etc. Otra ventaja del uso de potenciometría es
que la determinación del punto final es mucho más precisa
que el determinado con indicadores visuales. Este último
dato se podrá comprobar en este experimento.
La reacción de titulación en este experimento es una de
neutralización. Sin embargo, el número de puntos de
equivalencia que puede observar en la curva de titulación
potenciométrica depende de los analitos presentes en la
solución de su desconocido. En este experimento se le
brindará una solución de desconocido que consistirá de
una de las siguientes posibles alternativas: HCl+H3PO4,
H3PO4+NaH2PO4, H3PO4 o NaH2PO4. En el caso de las
posibles mezclas binarias en este experimento existen dos
que son incompatibles para efectos cuantitativos:
HCl+NaH2PO4 y H3PO4 + HPO4-. Observe que para la
primera mezcla al HCl ser un ácido fuerte el H+ liberado
puede reaccionar con H2PO4-. Esto quiere decir que una
mezcla de HCl + H2PO4- en equilibrio puede consistir de
las siguientes especies: HCl + H3PO4, H3PO4 + H2PO4- o
H3PO4. Estas combinaciones de especies en equilibrio
dependen de las cantidades iniciales del HCl y H2PO4- al
momento de preparar la solución, es decir dependen del
reactivo limitante. Por consiguiente, como no se conoce la
preparación de las soluciones del desconocido, para
efectos cuantitativos no es posible determinar la
concentración de las especies iniciales. De igual forma, la
segunda mezcla incompatible, H3PO4 + HPO42- resulta en
las siguientes posibles combinaciones dependiendo del
reactivo limitante entre las especies iniciales: H2PO4-,
H3PO4+H2PO4-, H2PO4- + HPO42-.
En este experimento se analizará una solución
desconocida de una solución compatible, para efectos
cuantitativos, mediante una titulación con hidróxido de
sodio y medidas de potencial usando un electrodo de
vidrio sensitivo a la concentración de hidronio en solución.
El análisis cualitativo se llevará a cabo mediante uso de
indicadores mientras que el análisis cuantitativo será por
medio de gráficas de la segunda derivada de lecturas de
pH como función de volumen de NaOH.
Objetivo
Llevar a cabo análisis cualitativo y cuantitativo de una
composición en una solución desconocida que puede
contener una de las siguientes posibles alternativas; a)
HCl+H3PO4, b) H3PO4+NaH2PO4 y c) H3PO4 por medio
de una titulación potenciométrica.
Método
Titulación potenciométrica consiste en medir potencial
por medio de un electrodo selectivo a cierto analito en
solución. En este experimento el electrodo será un
electrodo de vidrio sensitivo a la concentración de
hidronio en solución.
Reactivos y su preparación:
1) Solución de NaOH (Aproximadamente 0.1 M) =
Posiblemente la solución ya se encuentra preparada en
el extractor o de experimento anterior. De no estar
presente, proceda a preparar la solución de NaOH
mediante dilución y agua libre de CO2 (g).
2) Estándar primario de hidrógeno talato de potasio
(KHP, PM 204.226) = secar el sólido en el horno por
una hora a 110 ̊C de acuerdo al procedimiento de
secada.
3) Solución del desconocido = una semana antes del
experimento usted le debe entregar al encargado del
laboratorio un vaso de 150 mL limpio y seco. El vaso
debe estar claramente identificado con su nombre y
sección de laboratorio. El día del experimento se le
devolverá el vaso con cierto volumen del
desconocido. Transfiera cuantitativamente la solución
a un matraz volumétrico de 250.0 mL y complete
hasta la marca con agua deionizada. Recuerde
homogenizar la solución.
4) Indicadores indicador anaranjado de metilo y
fenolftaleína = se encuentran preparadas en el
extractor.
Procedimiento
1) Valoración de NaOH 0.1 M
a) Pese por diferencia tres réplicas de KHP cuyo
peso requiera aproximadamente entre 25 y 30 mL
de NaOH 0.10 M. Transfiera cada réplica a su
respectivo vaso cónico de 150 mL. Asegúrese de
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NACIONALIDAD, ORIGEN O CONDICIÓN SOCIAL, NI POR IDEAS POLÍTICAS, RELIGIOSAS E IMPEDIMENTOS FÍSICOS O POR
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Titulación Potenciométrica
que el vaso tenga una rotulación adecuada.
Disuelva cada réplica con 50 mL de agua
deionizada y añada de 2 a 3 gotas de fenoftaleína.
Titule cada réplica con NaOH ≈ 0.10 M.
Recuerde que debe identificar cada vaso con el
peso de muestra correspondiente. Asegúrese de
obtener un color rosado tenue en el punto final.
2) Titulación de la muestra desconocida con lecturas de
metro de pH
a) Transfiera una alícuota de 25.00 mL de la
solución del desconocido a un vaso de 250 mL.
b) Antes de proceder con la titulación asegúrese de
que la bureta se encuentre llena y que la lectura
sea de 0.00 mL de NaOH 0.10 M y que el metro
de pH este calibrado con el amortiguador de 4.00
y de 7.00 o 9.00. El instructor le dirá el
procedimiento de calibración.
c) Enjuague el electrodo con agua deionizada y
seque con papel fino (Kimwipe) la parte inferior
externa del electrodo. Coloque el electrodo dentro
de la solución del desconocido asegurándose de
que no toque el fondo del vaso.
d) Coloque suavemente el agitador magnético
dentro del vaso con la muestra asegurándose de
que el mismo no choque con el electrodo al estar
en movimiento.
e) Añada 3 gotas de anaranjado de metilo y 3 gotas
de fenolftaleína a la muestra del desconocido.
f) Proceda a titular la muestra añadiendo 0.50 mL
de NaOH y anote la lectura del metro de pH.
Repita la adición de 0.50 mL y lectura de pH
hasta aproximadamente un volumen de 3.00 mL.
Desde este momento en adelante debe añadir 0.10
mL y tomar lectura de pH hasta que la lectura de
pH sea mayor de 10.00. Luego puede hacer
adiciones de 0.50 mL y tomar lectura de pH hasta
que repita lecturas de pH mayores de 11.00 y que
se defina la curva correctamente. Recuerde anotar
el volumen del cambio color rosa/amarillo y el de
amarillo/rosa correspondientes al primer y
segundo puntos finales, respectivamente, en la
Tabla 2.
Datos Experimentales
Tabla 1: Valoración de NaOH
Peso
KHP (g)
Inicial
Volumen NaOH (mL)
Final
Añadido
1
2
3
Tabla 2: Titulación muestra desconocida con indicadores
1er Punto Equivalencia
2do Punto Equivalencia
Volumen NaOH (mL)
Inicial
Final
∆V
0.00
Tabla 3: Titulación muestra desconocida metro pH
1
2
3
Volumen NaOH (mL)
Lectura
0.00
0.50
Etc…
pH
Cálculos
1) Determinación de concentración de NaOH (Datos
experimentales en Tabla 1)
a) Determine la concentración de NaOH para cada
réplica de KHP con los datos de Tabla 1.
b) Determine los parámetros estadísticos para la
concentración de NaOH.
2) Identificación de los analitos en la muestra original.
a) Pasos para construir curvas de titulación, primera y
segunda derivada (Datos experimentales en Tabla 3).
Prepare una hoja de cálculo (Excel, Quatro Pro,
Sigma Plot, Graph Pad, Origin, Kaleida Graph, etc)
con los datos de volumen de NaOH y lecturas de pH.
Construya las gráficas para determinar los valores de
ΔV en los puntos finales en base a la hoja de
información que se le provee y/o la discusión en el
laboratorio.
b) Identifique la composición de su desconocido
mediante el análisis de ΔV1 y ΔV2 de los puntos de
finales de la Tabla 2 y/o los identificados mediante las
gráficas de segunda derivada.
c) Calcule los milimoles, con su incertidumbre absoluta,
presentes en la alícuota de 25.00 mL de muestra de
cada uno de los analitos presentes.
d) Calcule la molaridad y su incertidumbre absoluta de
cada analito en la muestra original.
3) Gráficas que tiene que entregar con el informe:
a) pH como función de volumen de NaOH. (No
imprima los datos de la hoja de cálculos)
b) curva de la primera derivada del primer punto de
equivalencia
c) curva de la primera derivada del segundo punto
de equivalencia
d) curva de la segunda derivada del primer punto de
equivalencia
e) curva de la segunda derivada para el segundo
punto de equivalencia
Cálculos de milimoles o moles en el desconocido
1) Recuerde que en el experimento los posibles
desconocidos pueden ser uno de los casos 1 a 3 que se
presentan a continuación.
2) Los milimoles que calcula en estas instrucciones se
refieren a los presentes en la alícuota de su
desconocido que tituló. Para calcular los milimoles de
cada analito en la muestra original tiene multiplicar
los milimoles o moles en la alícuota por el factor
alícuota (Vmatraz/Valícuota).
3) Observe que los valores de MNaOH y ∆V1 y ∆V2 son
sus valores experimentales obtenidos mediante
valoración y segunda derivada, respectivamente.
4) Observe que los cálculos se refieren a milimoles ya
que se asume que la unidad de volumen es mL, pero si
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NACIONALIDAD, ORIGEN O CONDICIÓN SOCIAL, NI POR IDEAS POLÍTICAS, RELIGIOSAS E IMPEDIMENTOS FÍSICOS O POR
CONDICIÓN DE VETERANOS ■ PATRONO CON IGUALDAD DE OPORTUNIDADES DE EMPLEO
3
Titulación Potenciométrica
H 3 PO4
M NaOH ∆V2 =
Ymmoles
la unidad de volumen es litros entonces se calculan
moles.
Caso 1: Mezcla de HCl y H3PO4
En este caso se presentan dos puntos de equivalencias
donde ∆V1 > ∆V2 por lo tanto se puede concluir que en el
primer punto de equivalencia se titula el HCl y el H3PO4
produciendo H2PO4- y Cl-. Se puede establecer un balance
de masa de acuerdo a la ecuación (1).
H 3 PO4
HCl
(1)
M NaOH ∆=
V1 X mmoles
+ Ymmoles
El volumen consumido luego del primer punto de
equivalencia contiene los milimoles de NaOH para
neutralizar el H2PO4- produciendo HPO42-. Observe que
los milimoles de H2PO4- son iguales a los de H3PO4
presentes en la alícuota que tituló. Por lo tanto se puede
establecer la ecuación (2):
H 3 PO4
M NaOH ∆V2 =
Ymmoles
(2)
Note que al sustituir la ecuación (2) en la ecuación (1) se
puede obtener los milimoles de HCl en la alícuota.
Note que puede calcular dos valores de milimoles de
H3PO4 en la alícuota. En este caso puede hacer informe
con el valor promedio de los milimoles de H3PO4
calculados.
Conclusiones
Presente los resultados obtenidos junto con sus
incertidumbres absolutas o relativas en base al objetivo del
experimento. Identifique posibles fuentes de error y
discuta como el error afecta el valor reportado en sus
resultados. Identifique en qué dirección, mayor o menor
relativo al valor esperado, el error descrito afecta sus
resultados.
Instrucciones programa Logger Lite (Vernier) para
lecturas de pH con la computadora.
Caso 2: Mezcla de H3PO4 y H2PO4En este caso se presentan dos puntos de equivalencias
donde ∆V1 < ∆V2 por lo tanto se puede concluir que en el
primer punto de equivalencia se titula el H3PO4
produciendo H2PO4-. Se puede establecer la ecuación (3);
H 3 PO4
(3)
M NaOH ∆V1 =
Ymmoles
El volumen consumido luego del primer punto de
equivalencia contiene los milimoles de NaOH para
neutralizar el H2PO4- produciendo HPO42-. Observe que
los milimoles totales de H2PO4- son iguales a los de H3PO4
presentes en la alícuota que tituló en el primer punto de
equivalencia más los milimoles de H2PO4- originales en la
alícuota. Por lo tanto se puede establecer la ecuación (4).
−
H 3 PO4
H 2 PO4
M NaOH ∆V=
Ymmoles
+ Z mmoles
2
(6)
(4)
H2PO4-
donde Zmmoles
son los milimoles originales de H2PO4en la alícuota. Note que al sustituir la ecuación (3) en la
ecuación (4) se puede obtener los milimoles de H2PO4originales en la alícuota.
Caso 3: H3PO4
En este caso se presentan dos puntos de equivalencias
donde ∆V1 = ∆V2 por lo tanto se puede concluir que en el
primer punto de equivalencia se titula el H3PO4
produciendo H2PO4-. Se puede establecer un balance de
masa de acuerdo a la ecuación (3);
H 3 PO4
(5)
M NaOH ∆V1 =
Ymmoles
El volumen consumido luego del primer punto de
equivalencia contiene los milimoles de NaOH para
neutralizar el H2PO4- produciendo HPO42-. Observe que
los milimoles de H2PO4- son iguales a los de H3PO4
presentes en la alícuota que tituló en el primer punto de
equivalencia. Por lo tanto se puede establecer la ecuación
(4).
LA UNIVERSIDAD DE PUERTO RICO EN HUMACAO NO DISCRIMINA POR EDAD, SEXO, ORIENTACIÓN SEXUAL, RAZA, COLOR,
NACIONALIDAD, ORIGEN O CONDICIÓN SOCIAL, NI POR IDEAS POLÍTICAS, RELIGIOSAS E IMPEDIMENTOS FÍSICOS O POR
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