QuímicaMedioProblema · 2 pts

Valoraciones y neutralización

Andalucía · 2020 · Reserva 3

Enunciado

Bloque C · C3. Se han preparado dos disoluciones, una que contiene

22\ \text{g}/\text{L}

\text{NaOH}

y otra que contiene

26\ \text{g}/\text{L}

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

.

a) ¿Qué volumen de la disolución de

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

será necesario añadir para neutralizar

25\ \text{mL}

de la disolución de

\text{NaOH}

?

b) ¿Qué pH tendrá la disolución obtenida al mezclar

50\ \text{mL}

de cada una de ellas?

Datos: Masas atómicas relativas:

\text{S} = 32

;

\text{Na} = 23

;

\text{O} = 16

;

\text{H} = 1

Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido

Resultado

\boxed{\;\textbf{a) } V(\text{H}_2\text{SO}_4) = 25{,}9\ \text{mL}\;}

\boxed{\;\textbf{b) } \text{pH} = 11{,}99 \; (\text{disolución básica, sobra NaOH})\;}

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Antes de nada, pasa las concentraciones a molaridad, porque los datos vienen en

\text{g}/\text{L}

M(\text{NaOH}) = 40 \qquad\qquad M(\text{H}_2\text{SO}_4) = 2 + 32 + 64 = 98\ \text{g}\,\text{mol}^{-1}

Y ten muy presente que el ácido sulfúrico es diprótico: cada mol aporta 2 moles de $\text{H}^+$ . La condición de neutralización no es «moles iguales», sino

n(\text{H}^+) = n(\text{OH}^-) \qquad\Longleftrightarrow\qquad 2\,n(\text{H}_2\text{SO}_4) = n(\text{NaOH})

El apartado b) es distinto: al mezclar volúmenes iguales ya no estamos en el punto de equivalencia, así que hay que ver cuál de los dos sobra y calcular el pH con el exceso, sin olvidar que el volumen total es la suma.

Desarrollo

[\text{NaOH}] = \frac{22}{40} = 0{,}55\ \text{M} \qquad\qquad [\text{H}_2\text{SO}_4] = \frac{26}{98} = 0{,}265\ \text{M}

a) Volumen de ácido para neutralizar $25\ \text{mL}$ de base.

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

n(\text{NaOH}) = 0{,}025 \cdot 0{,}55 = 1{,}375\cdot 10^{-2}\ \text{mol}

n(\text{H}_2\text{SO}_4) = \frac{1{,}375\cdot 10^{-2}}{2} = 6{,}875\cdot 10^{-3}\ \text{mol}

V = \frac{n}{M} = \frac{6{,}875\cdot 10^{-3}}{0{,}265} = 0{,}0259\ \text{L} = \mathbf{25{,}9\ mL}

b) pH al mezclar $50\ \text{mL}$ de cada una.

Cantidades puestas en juego:

n(\text{OH}^-) = 0{,}050 \cdot 0{,}55 = 2{,}750\cdot 10^{-2}\ \text{mol}

n(\text{H}_2\text{SO}_4) = 0{,}050 \cdot 0{,}265 = 1{,}327\cdot 10^{-2}\ \text{mol} \;\Longrightarrow\; n(\text{H}^+) = 2 \cdot 1{,}327\cdot 10^{-2} = 2{,}653\cdot 10^{-2}\ \text{mol}

Reacción de neutralización: se consumen mol a mol, así que sobra base:

n(\text{OH}^-)_{\text{exceso}} = 2{,}750\cdot 10^{-2} - 2{,}653\cdot 10^{-2} = 9{,}7\cdot 10^{-4}\ \text{mol}

Volumen total:

V = 50 + 50 = 100\ \text{mL} = 0{,}100\ \text{L}

[\text{OH}^-] = \frac{9{,}7\cdot 10^{-4}}{0{,}100} = 9{,}7\cdot 10^{-3}\ \text{M}

\text{pOH} = -\log(9{,}7\cdot 10^{-3}) = 2{,}01 \qquad\Longrightarrow\qquad \text{pH} = 14 - 2{,}01 = \mathbf{11{,}99}

La disolución resultante es básica, coherente con el apartado a): harían falta

25{,}9\ \text{mL}

de ácido por cada

25\ \text{mL}

de base, y aquí se han puesto volúmenes iguales, así que el ácido se queda corto.

Consejo

El factor 2 del ácido sulfúrico es el corazón de este problema, y aparece dos veces: al plantear la neutralización de a) y al contar los $\text{H}^+$ de b). Olvidarlo da $51{,}8\ \text{mL}$ en a) y un pH de $13{,}15$ en b): las dos respuestas mal de una sola vez.

En b), no dividas por el volumen de una de las disoluciones: el exceso queda repartido en el volumen total de la mezcla, aquí $100\ \text{mL}$ .

Y usa el apartado a) como control del b): si $25\ \text{mL}$ de base necesitan más de $25\ \text{mL}$ de ácido, al mezclar volúmenes iguales tiene que sobrar base y el pH ha de salir básico. Ese razonamiento cualitativo detecta al instante un error de signo o de factor.