QuímicaMedio2,5 pts

pH de ácidos y bases

También trata: Valoraciones y neutralización

Cataluña · 2022 · Septiembre

Enunciado

El ácido cloroacético es un ácido monoprótico de fórmula

\text{ClCH}_2\text{COOH}

. Es un ácido irritante de la piel que se utiliza en dermatología para hacer peelings o exfoliaciones químicas, con las que se eliminan las células muertas de la capa más superficial de la piel.

a) (1,25 puntos) Según la normativa europea, el pH de este tipo de tratamiento cutáneo no puede ser inferior a 1,5. Escriba la reacción de disociación del ácido cloroacético y calcule cuántos gramos de ácido cloroacético debe contener como máximo una disolución acuosa de

100{,}0\ \text{mL}

de este ácido para que cumpla la normativa europea.

b) (1,25 puntos) Este ácido se valora con hidróxido de sodio. Escriba la reacción de valoración del ácido cloroacético con hidróxido de sodio. Justifique si el valor del pH del punto de equivalencia es ácido, básico o neutro. Haga un dibujo del montaje experimental e indique el material de laboratorio necesario para poder llevar a cabo la valoración.

Datos: Constante de acidez del ácido cloroacético:

K_a(\text{ClCH}_2\text{COOH}) = 1{,}35\times 10^{-3}

. Masas atómicas relativas: Cl

= 35{,}5

; C

= 12{,}0

; O

= 16{,}0

; H

= 1{,}0

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Resultado

\boxed{\;\text{ClCH}_2\text{COOH} + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{ClCH}_2\text{COO}^- + \text{H}_3\text{O}^+\;}\qquad \boxed{\;m_{\text{máx}} = 7{,}2846\ \text{g de ClCH}_2\text{COOH en } 100\ \text{mL}\;}

\boxed{\;\text{ClCH}_2\text{COOH} + \text{OH}^- \rightarrow \text{ClCH}_2\text{COO}^- + \text{H}_2\text{O}\;}\qquad \boxed{\;\text{pH básico en el punto de equivalencia}\;}

Material: bureta con pie y pinza, pipeta aforada con pera, erlenmeyer e indicador que vire en zona básica (fenolftaleína).

Ver la solución oficialla corrección de la PAU, con los puntos de cada paso

Solución oficial

Corrección oficial de la PAU de Cataluña (Generalitat de Catalunya), traducida del catalán. Las puntuaciones de cada paso son las de la pauta de corrección.

a) Cálculo de los gramos de ácido

0,30 p. Equilibrio del ácido cloroacético:

	$\text{ClCH}_2\text{COOH}(aq)$	$+\ \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons$	$\text{ClCH}_2\text{COO}^-(aq)$	$+\ \text{H}_3\text{O}^+(aq)$
inicio	$C$		--	--
equilibrio	$C - x$		$x$	$x$

El ácido cloroacético es un ácido débil (

K_a = 1{,}35\times 10^{-3}

K_a = \frac{[\text{ClCH}_2\text{COO}^-][\text{H}_3\text{O}^+]}{[\text{ClCH}_2\text{COOH}]} = 1{,}35\times 10^{-3}

0,35 p. Cálculo de

[\text{H}_3\text{O}^+]

:

El pH no puede ser inferior a 1,5 $\Rightarrow$ pH $\geq$ 1,5

\Rightarrow \text{pH} = -\log[\text{H}_3\text{O}^+] \Rightarrow [\text{H}_3\text{O}^+] = 10^{-\text{pH}} = 10^{-1{,}5} = 0{,}0316\ \text{M} \Rightarrow \boldsymbol{x = 0{,}0316\ \text{M}}

0,30 p. Concentración de ácido cloroacético:

K_a = \frac{[x][x]}{[C - x]} = \frac{0{,}0316^2}{C - 0{,}0316} = 1{,}35\times 10^{-3}

(C - 0{,}0316)\cdot 1{,}35\times 10^{-3} = 9{,}98\times 10^{-4} \Rightarrow C = (9{,}98\times 10^{-4} + 4{,}266\times 10^{-5})/1{,}35\times 10^{-3}

\Rightarrow \boldsymbol{C = 0{,}770859\ \text{M}}

0,30 p. Gramos de ácido cloroacético:

Masa molecular (

\text{ClCH}_2\text{COOH}

)

= 35{,}5 + 2\times 12{,}0 + 2\times 16{,}0 + 3\times 1{,}0 = \boldsymbol{94{,}5\ \text{g mol}^{-1}}

Gramos de ácido como máximo para preparar 100 mL de disolución:

100\ \text{mL}\,\frac{0{,}770859\ \text{mol ClCH}_2\text{COOH}}{1000\ \text{mL}}\,\frac{94{,}5\ \text{g}}{1\ \text{mol ClCH}_2\text{COOH}} = \boldsymbol{7{,}28461\ \text{g ClCH}_2\text{COOH}}

\Rightarrow

gramos

= 7{,}2846\ \text{g ClCH}_2\text{COOH}

b) Reacción de valoración:

0,20 p.

\text{ClCH}_2\text{COOH}(aq) + \text{OH}^-(aq) \rightarrow \text{ClCH}_2\text{COO}^-(aq) + \text{H}_2\text{O}

También es correcto si escriben:

\text{ClCH}_2\text{COOH}(aq) + \text{NaOH}(aq) \rightarrow \text{ClCH}_2\text{COONa}(aq) + \text{H}_2\text{O}

Justificación del pH en el punto de equivalencia

0,25 p. La sal que se forma en el proceso de neutralización es el cloroacetato de sodio (

\text{ClCH}_2\text{COONa}

).

El catión sodio (Na⁺) no reacciona con el agua, pero el anión cloroacetato (

\text{ClCH}_2\text{COO}^-

), que es la base conjugada de un ácido débil, reaccionará con el agua y dará lugar a una hidrólisis básica:

\text{ClCH}_2\text{COO}^- + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{ClCH}_2\text{COOH} + \text{OH}^-

0,25 p. En el punto de equivalencia solo tendremos el anión

\text{ClCH}_2\text{COO}^-

y el catión Na⁺. Por tanto, el pH en el punto de equivalencia solo está determinado por la presencia del anión

\text{ClCH}_2\text{COO}^-

y será básico.

Material y reactivos para llevar a cabo la valoración:

0,40 p. (aparte de la muestra de ácido cloroacético y la disolución de NaOH)

Bureta, con un pie y una pinza para sujetarla.
Pipeta aforada con pera de aspiración para medir la muestra que se va a valorar.
Erlenmeyer (o vaso de precipitados).
Indicador ácido-base que vire en la zona de pH básico (fenolftaleína, por ejemplo).

Dibujo del montaje:

0,15 p.