QuímicaMedio2 pts

pH de ácidos y bases

También trata: Valoraciones y neutralización

Extremadura · 2017 · Julio · Opción A

Enunciado

En el laboratorio se dispone de una botella con la siguiente etiqueta: Ácido nítrico -trioxonitrato (V) de hidrógeno- hidróxidodióxido nitrógeno- (

\text{HNO}_3

), 40 % en masa; densidad,

1{,}42\ \text{kg}\cdot\text{L}^{-1}

. Determinar:

a) (1 punto) El pH de la disolución obtenida tomando

1\ \text{mL}

del contenido de la botella y añadiendo agua hasta completar un volumen total de

100\ \text{mL}

.

b) (1 punto) Si se toman

5{,}5\ \text{mL}

de ésta disolución y se le añade gota a gota disolución

0{,}05\ \text{M}

\text{NaOH}

con fenolftaleína como indicador, ¿qué volumen de ésta disolución será necesario para neutralizar el ácido?

Datos: masas atómicas (u):

\text{H} = 1

\text{N} = 14

\text{O} = 16

Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido

Resultado

\boxed{\;\text{a)}\ c = 9{,}02\cdot 10^{-2}\ \text{M},\ \ \text{pH} = 1{,}04\;}\qquad \boxed{\;\text{b)}\ V(\text{NaOH}) = 9{,}9\ \text{mL}\;}

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Primero se pasa la etiqueta (riqueza y densidad) a molaridad, tomando como base

1\ \text{L}

de disolución. Al diluir, los moles de

\text{HNO}_3

no cambian: la concentración baja en la misma proporción que sube el volumen (de

1

100\ \text{mL}

, cien veces).

a) El $\text{HNO}_3$ es un ácido fuerte: está totalmente disociado, así que $[\text{H}_3\text{O}^+]$ es la concentración del ácido.
b) En el punto de equivalencia, los moles de $\text{OH}^-$ añadidos igualan a los de $\text{H}_3\text{O}^+$ del ácido (reacción 1 : 1).

Desarrollo

Concentración del ácido de la botella

Masa molar:

M(\text{HNO}_3) = 1 + 14 + 3\cdot 16 = 63\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1}

.

En

1\ \text{L}

de disolución hay

1420\ \text{g}

de disolución, de los que el

40\ \%

es ácido:

m(\text{HNO}_3) = 1420\ \text{g}\cdot 0{,}40 = 568\ \text{g}\qquad n = \frac{568\ \text{g}}{63\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1}} = 9{,}02\ \text{mol}

c_0 = 9{,}02\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}

a) pH de la disolución diluida

Los moles que hay en

1\ \text{mL}

de la botella pasan a estar en

100\ \text{mL}

n = 9{,}02\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}\cdot 1\cdot 10^{-3}\ \text{L} = 9{,}02\cdot 10^{-3}\ \text{mol}

c = \frac{9{,}02\cdot 10^{-3}\ \text{mol}}{0{,}100\ \text{L}} = 9{,}02\cdot 10^{-2}\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}

Como el ácido nítrico es fuerte, se disocia por completo:

\text{HNO}_3(aq) + \text{H}_2\text{O}(l) \longrightarrow \text{NO}_3^-(aq) + \text{H}_3\text{O}^+(aq)

[\text{H}_3\text{O}^+] = 9{,}02\cdot 10^{-2}\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}\qquad \text{pH} = -\log(9{,}02\cdot 10^{-2}) = 1{,}04

b) Volumen de NaOH para neutralizar $5{,}5\ \text{mL}$

La reacción de neutralización es mol a mol:

\text{HNO}_3(aq) + \text{NaOH}(aq) \longrightarrow \text{NaNO}_3(aq) + \text{H}_2\text{O}(l)

Moles de ácido en los

5{,}5\ \text{mL}

de la disolución diluida:

n(\text{HNO}_3) = 9{,}02\cdot 10^{-2}\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}\cdot 5{,}5\cdot 10^{-3}\ \text{L} = 4{,}96\cdot 10^{-4}\ \text{mol}

En el punto de equivalencia

n(\text{NaOH}) = n(\text{HNO}_3)

V(\text{NaOH}) = \frac{4{,}96\cdot 10^{-4}\ \text{mol}}{0{,}05\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}} = 9{,}92\cdot 10^{-3}\ \text{L} = 9{,}9\ \text{mL}

La fenolftaleína es incolora en medio ácido y vira a rosa hacia pH 8-10: la primera gota de

\text{NaOH}

en exceso tiñe la disolución, lo que marca el final. Como es una valoración de ácido fuerte con base fuerte, en el punto de equivalencia el pH es 7 (el

\text{NaNO}_3

no se hidroliza) y el salto de pH es tan brusco que la fenolftaleína vira prácticamente en él.

Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)

Consejo

Para pasar de una etiqueta a molaridad toma siempre $1\ \text{L}$ de disolución: densidad → gramos de disolución, riqueza → gramos de soluto, masa molar → moles. Y fíjate en la unidad de la densidad: $1{,}42\ \text{kg/L}$ son $1420\ \text{g/L}$ .

En una dilución no se conserva la concentración sino los moles: $c_1V_1 = c_2V_2$ . En b) usa la concentración de la disolución diluida, no la de la botella.