QuímicaMedio2,5 pts

pH de ácidos y bases

También trata: Valoraciones y neutralización

Cataluña · 2022 · Junio

Enunciado

El ácido benzoico (

\text{C}_6\text{H}_5\text{—COOH}

) es un ácido carboxílico monoprótico que se utiliza como conservante de los alimentos, ya que inhibe el crecimiento microbiano, siempre que el medio resultante de conservación del alimento tenga un pH menor de 5.

a) (1,25 puntos) Calcule el pH de una disolución acuosa de ácido benzoico de concentración

8{,}1\ \text{g L}^{-1}

y justifique si es adecuado como líquido conservante.

b) (1,25 puntos) Una industria ha adquirido una disolución acuosa de ácido benzoico. Para conocer la concentración exacta de esta disolución se valoran

25{,}0\ \text{mL}

de la disolución de ácido benzoico con una disolución acuosa de hidróxido de sodio (

\text{NaOH}

). Escriba la reacción de valoración y explique cómo realizaría en el laboratorio esta valoración, indicando qué material y qué otras sustancias utilizaría.

Datos: Constante de acidez del ácido benzoico a

25\ ^\circ\text{C}

K_a(\text{C}_6\text{H}_5\text{—COOH}) = 6{,}3\times 10^{-5}

. Masas atómicas relativas:

\text{H} = 1{,}0

;

\text{C} = 12{,}0

;

\text{O} = 16{,}0

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Resultado

[\text{C}_6\text{H}_5\text{COOH}] = 0{,}0664\ \text{M}

;

[\text{H}_3\text{O}^+] = 2{,}045\times 10^{-3}\ \text{M}

;

\text{pH} = 2{,}69 < 5

: sí es adecuado como líquido conservante.

b)

\text{C}_6\text{H}_5\text{-COOH} + \text{OH}^- \rightarrow \text{C}_6\text{H}_5\text{-COO}^- + \text{H}_2\text{O}

; valoración con bureta, pipeta aforada de 25 mL, 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)

pH de la disolución de ácido benzoico

0,10 p. Concentración molar de ácido benzoico

\text{C}_6\text{H}_5\text{-COOH}

:

Masa molar de

\text{C}_6\text{H}_5\text{-COOH}

7\times 12 + 6\times 1 + 2\times 16 = 122\ \text{g mol}^{-1}

8{,}1\ \text{g}\ \frac{1\ \text{mol ácido benzoico}}{122\ \text{g}}\ \frac{1}{1\ \text{L}} = \mathbf{0{,}0664\ M}

0,30 p. Equilibrio del ácido benzoico:

\text{C}_6\text{H}_5\text{-COOH} + \text{H}_2\text{O} \rightleftarrows \text{C}_6\text{H}_5\text{-COO}^- + \text{H}_3\text{O}^+

	$\text{C}_6\text{H}_5\text{-COOH}$	$\text{C}_6\text{H}_5\text{-COO}^-$	$\text{H}_3\text{O}^+$
inicio	$0{,}0664$	--	--
equilibrio	$0{,}0664 - x$	$x$	$x$

K_a = \frac{[\text{C}_6\text{H}_5\text{COO}^-][\text{H}_3\text{O}^+]}{[\text{C}_6\text{H}_5\text{COOH}]}

0,40 p. Cálculo de la concentración de ion hidronio (oxidanio/oxonio) y pH:

6{,}3\times 10^{-5} = \frac{[(x)\cdot(x)]}{(0{,}0664 - x)} \qquad \text{(ecuación 1)}

Suponiendo que

0{,}0664 - x \approx 0{,}0664 \;\Rightarrow\; 6{,}3\times 10^{-5} = \dfrac{x^2}{0{,}0664}

x = \sqrt{6{,}3\times 10^{-5}\times 0{,}0664} = 2{,}045\times 10^{-3}

[\text{H}_3\text{O}^+] = 2{,}045\times 10^{-3}

0,20 p.

\text{pH} = -\log[\text{H}_3\text{O}^+] = -\log(2{,}045\times 10^{-3}) \;\Rightarrow\; \mathbf{pH = 2{,}69}

Si la ecuación 1 no se simplifica, hay que resolver una ecuación de segundo grado que da como resultado la misma $[\text{H}_3\text{O}^+]$ .

0,25 p. Razonamos si se puede utilizar la disolución de ácido benzoico como conservante:

El medio de conservación del alimento tiene que tener un pH menor de 5.

Sí que se puede utilizar como líquido conservante porque el pH de la disolución de ácido benzoico es inferior a 5.

\text{pH} = 2{,}69 < \text{pH} = 5

b)

0,25 p. Reacción de valoración:

\text{C}_6\text{H}_5\text{-COOH (aq)} + \text{OH}^-\text{(aq)} \rightarrow \text{C}_6\text{H}_5\text{-COO}^-\text{(aq)} + \text{H}_2\text{O (l)}

o también:

\text{C}_6\text{H}_5\text{-COOH (aq)} + \text{NaOH (aq)} \rightarrow \text{C}_6\text{H}_5\text{-COONa (aq)} + \text{H}_2\text{O (l)}

0,40 p. Material y otras sustancias para llevar a cabo la valoración (aparte de la muestra de ácido benzoico y la disolución de NaOH):

Bureta, con un pie y una pinza para sujetarla.
Pipeta aforada de 25 mL con pera de aspiración.
Erlenmeyer (o vaso de precipitados).
Indicador ácido-base que vire en la zona de pH básico (fenolftaleína, por ejemplo).

Notas de corrección:

Se penalizará con 0,1 p cada uno de los ítems que no hayan indicado.
Se penalizará con 0,05 p si solo dicen que hace falta un indicador ácido-base, sin decir que tiene que virar en la zona básica o sin decir el nombre de un indicador que vire en esta zona (por ejemplo, la fenolftaleína).

0,60 p. Procedimiento para llevar a cabo la valoración:

Se llena la bureta con la disolución de NaOH, evitando que se formen burbujas de aire dentro de la bureta.
Se enrasa el volumen de NaOH de la bureta (a cero o a otro volumen).
Con la pipeta aforada (y la pera) tomamos los 25,0 mL de la disolución de ácido benzoico y los trasvasamos al erlenmeyer (o vaso de precipitados). Se puede añadir un poco de agua destilada para lavar las paredes del erlenmeyer.
Añadimos 2-3 gotas del indicador ácido-base al erlenmeyer.
Abrimos la llave de la bureta y vamos añadiendo NaOH, agitando continuamente el erlenmeyer, hasta que se observe un cambio de color de la disolución.
Cerramos la llave de la bureta y anotamos el volumen consumido de NaOH gastado.

Notas de corrección: