QuímicaMedioProblema · 2 pts

Valoraciones y neutralización

Andalucía · 2023 · Reserva 2

Enunciado

Bloque C · C3. Para la determinación de metales pesados en agua de río, se requiere emplear una disolución ácida de

\text{pH} \le 1

. En el laboratorio se dispone de una disolución acuosa de

\text{HNO}_3

comercial, cuya etiqueta indica una densidad de

1{,}12\ \text{g}\cdot\text{mL}^{-1}

y un

80\ \%

de riqueza en masa. Se toman

5

mL de esta disolución y se diluye con agua hasta un volumen final de

250

mL.

a) Justifique, mediante los cálculos correspondientes, si se podrá emplear dicha disolución de ácido diluido para la determinación de los metales pesados en el agua de río.

b) Determine el volumen de una disolución de

2{,}9\ \text{g}\cdot\text{L}^{-1}

\text{Mg}(\text{OH})_2

necesario para neutralizar los

250

mL de la disolución diluida de

\text{HNO}_3

.

Datos: masas atómicas

\text{H} = 1

;

\text{N} = 14

;

\text{O} = 16

;

\text{Mg} = 24{,}3

Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido

Resultado

\boxed{\;\textbf{a) } [\text{HNO}_3] = 0{,}284 \text{ M} \;\Rightarrow\; \text{pH} = 0{,}55 \le 1, \text{ sí se puede emplear}\;}

\boxed{\;\textbf{b) } V(\text{Mg}(\text{OH})_2) = 0{,}715 \text{ L} = 715 \text{ mL}\;}

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

El apartado a) es la cadena habitual de un reactivo comercial. Recórrela siempre en el mismo orden y no te saltes ningún eslabón:

V_{\text{comercial}} \xrightarrow{\;\times d\;} m_{\text{disolución}} \xrightarrow{\;\times \tfrac{80}{100}\;} m_{\text{HNO}_3} \xrightarrow{\;\div M\;} n \xrightarrow{\;\div V_{\text{final}}\;} [\text{HNO}_3]

Como el

\text{HNO}_3

es un ácido fuerte, se disocia por completo y

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

directamente: no hay que resolver ningún equilibrio.

En b), el dato del hidróxido viene en g·L $^{-1}$ y hay que pasarlo a molaridad. Y ojo con el 2 de la estequiometría: el

\text{Mg}(\text{OH})_2

es una base diprótica.

Desarrollo

a) Concentración y pH de la disolución preparada.

Masa de disolución comercial tomada:

m_{\text{dis}} = V \cdot d = 5 \text{ mL} \cdot 1{,}12 \frac{\text{g}}{\text{mL}} = 5{,}60 \text{ g}

Masa de $\text{HNO}_3$ puro (riqueza del 80 %):

m(\text{HNO}_3) = 5{,}60 \cdot 0{,}80 = 4{,}48 \text{ g}

Moles, con

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

n = \frac{4{,}48}{63} = 7{,}11\cdot 10^{-2} \text{ mol}

Concentración tras diluir a 250 mL:

[\text{HNO}_3] = \frac{7{,}11\cdot 10^{-2} \text{ mol}}{0{,}250 \text{ L}} = 0{,}284 \text{ mol}\cdot\text{L}^{-1}

pH. El ácido nítrico es fuerte, así que se disocia totalmente:

\text{HNO}_3 + \text{H}_2\text{O} \longrightarrow \text{NO}_3^- + \text{H}_3\text{O}^+

[\text{H}_3\text{O}^+] = 0{,}284 \text{ M}

\text{pH} = -\log(0{,}284) = \mathbf{0{,}55}

Como

0{,}55 \le 1

, la disolución diluida sí puede emplearse para la determinación de metales pesados en el agua de río.

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

b) Volumen de $\text{Mg}(\text{OH})_2$ para la neutralización.

Concentración molar de la base. Con

M(\text{Mg}(\text{OH})_2) = 24{,}3 + 2(16 + 1) = 58{,}3 \text{ g}\cdot\text{mol}^{-1}

[\text{Mg}(\text{OH})_2] = \frac{2{,}9 \text{ g}\cdot\text{L}^{-1}}{58{,}3 \text{ g}\cdot\text{mol}^{-1}} = 4{,}97\cdot 10^{-2} \text{ mol}\cdot\text{L}^{-1}

Reacción de neutralización ajustada:

\text{Mg}(\text{OH})_2 + 2\,\text{HNO}_3 \longrightarrow \text{Mg}(\text{NO}_3)_2 + 2\,\text{H}_2\text{O}

Cada mol de hidróxido consume dos moles de ácido, porque aporta dos

\text{OH}^-

.

Moles de base necesarios:

n(\text{Mg}(\text{OH})_2) = \frac{n(\text{HNO}_3)}{2} = \frac{7{,}11\cdot 10^{-2}}{2} = 3{,}56\cdot 10^{-2} \text{ mol}

Volumen:

V = \frac{n}{c} = \frac{3{,}56\cdot 10^{-2} \text{ mol}}{4{,}97\cdot 10^{-2} \text{ mol}\cdot\text{L}^{-1}}

\boxed{V = 0{,}715 \text{ L} = 715 \text{ mL}}

Comprobación por equivalentes:

n(\text{H}_3\text{O}^+) = n(\text{OH}^-)

, es decir,

0{,}284\cdot 0{,}250 = 2\cdot 0{,}0497\cdot V \Rightarrow V = 0{,}0711/0{,}0994 = 0{,}715

L. ✓

Consejo

Dos descuidos muy habituales en este tipo de problema:
Olvidar el 2 de la neutralización. El $\text{Mg}(\text{OH})_2$ aporta dos hidroxilos por fórmula. Si igualas moles de base y de ácido, obtienes el doble de volumen ( $1{,}43$ L).
Usar la masa de disolución como si fuera de soluto. Los $5{,}60$ g que da la densidad son de ácido comercial; solo el 80 % ( $4{,}48$ g) es $\text{HNO}_3$ .
Y si te piden explícitamente que compruebes un criterio como " $\text{pH} \le 1$ ", respóndelo con palabras. Dar el número y no decir si sirve o no deja el apartado a medias.