QuímicaMedioProblema · 2 pts

Valoraciones y neutralización

También trata: pH de ácidos y bases

Comunidad de Madrid · 2018 · Junio · Opción B

Enunciado

Se dispone de

\text{H}_2\text{SO}_4

comercial de

96{,}4\ \%

de riqueza en masa y densidad

1{,}84\ \text{g}\,\text{mL}^{-1}

. Calcule:

a) (1 punto) El volumen de ácido comercial que se necesita para preparar

200\ \text{mL}

de disolución

0{,}5\ \text{M}

.

b) (1 punto) El pH de la disolución resultante de mezclar

25\ \text{mL}

de disolución

0{,}1\ \text{M}

\text{H}_2\text{SO}_4

con

50\ \text{mL}

de disolución

0{,}5\ \text{M}

de NaOH. Suponga los volúmenes aditivos.

Datos: Masas atómicas: H = 1; O = 16; S = 32.

Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido

Resultado

a) $V = 5{,}53\ \text{mL}$ de ácido comercial (es $18{,}1\ \text{M}$ ).
b) Sobran $2{,}0\cdot 10^{-2}\ \text{mol}$ de $\text{OH}^-$ en $75\ \text{mL}$ : $[\text{OH}^-] = 0{,}267\ \text{M}$ , $\text{pH} = 13{,}43$ .

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

a) Es una dilución: los moles de $\text{H}_2\text{SO}_4$ que debe tener la disolución final son los que hay que tomar del ácido comercial. De moles a gramos de ácido puro (masa molar), de ácido puro a ácido comercial (riqueza) y de masa a volumen (densidad).
b) Es una neutralización: se cuentan los moles de $\text{H}^+$ (el sulfúrico es diprótico: aporta 2 por fórmula) y de $\text{OH}^-$ , se ve cuál sobra y se divide el exceso entre el volumen total.

Desarrollo

a) Volumen de ácido comercial.

Masa molar:

M(\text{H}_2\text{SO}_4) = 2\cdot 1 + 32 + 4\cdot 16 = 98\ \text{g}\,\text{mol}^{-1}

.

Moles necesarios en la disolución final:

n = c\,V = 0{,}5\ \text{mol}\,\text{L}^{-1} \cdot 0{,}200\ \text{L} = 0{,}100\ \text{mol}

Masa de ácido puro:

m_{\text{puro}} = 0{,}100\ \text{mol} \cdot 98\ \text{g}\,\text{mol}^{-1} = 9{,}80\ \text{g}

Masa de ácido comercial (solo el

96{,}4\ \%

\text{H}_2\text{SO}_4

m_{\text{comercial}} = \frac{9{,}80\ \text{g}}{0{,}964} = 10{,}17\ \text{g}

Volumen, con la densidad:

V = \frac{m}{\rho} = \frac{10{,}17\ \text{g}}{1{,}84\ \text{g}\,\text{mL}^{-1}} = 5{,}53\ \text{mL}

Comprobación por la molaridad del ácido comercial. Un litro de ácido comercial pesa

1840\ \text{g}

, de los que son

\text{H}_2\text{SO}_4

c_{\text{comercial}} = \frac{1840 \cdot 0{,}964\ \text{g}}{98\ \text{g}\,\text{mol}^{-1} \cdot 1\ \text{L}} = 18{,}1\ \text{M}

y por dilución,

c_1 V_1 = c_2 V_2

V_1 = \dfrac{0{,}5 \cdot 200}{18{,}1} = 5{,}53\ \text{mL}

. Coincide.

Se miden unos

5{,}5\ \text{mL}

del ácido comercial y se llevan hasta

200\ \text{mL}

con agua (siempre el ácido sobre el agua, nunca al revés).

b) pH de la mezcla.

La reacción de neutralización es

\text{H}_2\text{SO}_4 + 2\,\text{NaOH} \longrightarrow \text{Na}_2\text{SO}_4 + 2\,\text{H}_2\text{O}

Moles de cada reactivo:

n(\text{H}_2\text{SO}_4) = 0{,}025\ \text{L} \cdot 0{,}1\ \text{M} = 2{,}5\cdot 10^{-3}\ \text{mol} \;\Rightarrow\; n(\text{H}^+) = 2 \cdot 2{,}5\cdot 10^{-3} = 5{,}0\cdot 10^{-3}\ \text{mol}

n(\text{NaOH}) = 0{,}050\ \text{L} \cdot 0{,}5\ \text{M} = 2{,}5\cdot 10^{-2}\ \text{mol} = n(\text{OH}^-)

Los

\text{H}^+

se neutralizan con otros tantos

\text{OH}^-

(

\text{H}^+ + \text{OH}^- \to \text{H}_2\text{O}

); el ácido es el reactivo limitante y sobra base:

n(\text{OH}^-)_{\text{exceso}} = 2{,}5\cdot 10^{-2} - 5{,}0\cdot 10^{-3} = 2{,}0\cdot 10^{-2}\ \text{mol}

Volumen total (aditivo):

25 + 50 = 75\ \text{mL} = 0{,}075\ \text{L}

[\text{OH}^-] = \frac{2{,}0\cdot 10^{-2}\ \text{mol}}{0{,}075\ \text{L}} = 0{,}267\ \text{M}

\text{Na}_2\text{SO}_4

formado es una sal neutra (procede de un ácido y una base fuertes) y no altera el pH. Por tanto:

\text{pOH} = -\log 0{,}267 = 0{,}57 \qquad \text{pH} = 14 - 0{,}57 = 13{,}43

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

Consejo

El $\text{H}_2\text{SO}_4$ libera dos $\text{H}^+$ por fórmula: en b) hay que multiplicar sus moles por 2 antes de restar los de $\text{OH}^-$ . Olvidarlo cambia el exceso (de $0{,}020$ a $0{,}0225\ \text{mol}$ ) y el pH.

En a), aplica la riqueza dividiendo (necesitas más ácido comercial que puro): si te sale un volumen menor que con el ácido puro, has multiplicado donde tocaba dividir.