Valoraciones y neutralización

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)

Formulación. Ácido clorhídrico: HCl

[−0,50 p. si no formulan bien]

Reacciones de valoración

Ácido clorhídrico con hidróxido de sodio

0,25 p.$$\text{H}^+\text{(aq)} + \text{OH}^-\text{(aq)} \rightarrow \text{H}_2\text{O}$$(o también: $\text{HCl(aq)} + \text{NaOH(aq)} \rightarrow \text{NaCl(aq)} + \text{H}_2\text{O}$)

Ácido acético con hidróxido de sodio

0,25 p.$$\text{CH}_3\text{COOH(aq)} + \text{OH}^-\text{(aq)} \rightarrow \text{CH}_3\text{COO}^-\text{(aq)} + \text{H}_2\text{O}$$(o también: $\text{CH}_3\text{COOH(aq)} + \text{NaOH(aq)} \rightarrow \text{CH}_3\text{COONa(aq)} + \text{H}_2\text{O}$)

Justificación de qué curva corresponde a cada valoración

pH en el punto de equivalencia de la valoración de ácido clorhídrico con hidróxido de sodio

0,25 p. La sal que se forma en el proceso de valoración es el cloruro de sodio (NaCl). En agua no reaccionan ni el anión cloruro ni el catión sodio. El anión cloruro es la base conjugada de un ácido fuerte y no reacciona con agua.$$\text{NaCl(aq)} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Na}^+\text{(aq)} + \text{Cl}^-\text{(aq)}$$⇒ En el punto de equivalencia el pH es neutro, pH = 7

pH en el punto de equivalencia de la valoración de ácido acético con hidróxido de sodio

0,25 p. La sal que se forma en el proceso de valoración es el acetato de sodio ($\text{CH}_3\text{COONa}$). El catión sodio no reacciona con el agua, pero el anión acetato ($\text{CH}_3\text{COO}^-$), que es la base conjugada de un ácido débil, reaccionará con el agua y da lugar a una hidrólisis básica:$$\text{CH}_3\text{COONa(aq)} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{CH}_3\text{COO}^-\text{(aq)} + \text{Na}^+\text{(aq)}$$$$\text{CH}_3\text{COO}^-\text{(aq)} + \text{H}_2\text{O} \rightleftarrows \text{CH}_3\text{COOH(aq)} + \text{OH}^-\text{(aq)}$$⇒ En el punto de equivalencia solo tendremos $\text{CH}_3\text{COO}^-$ y $\text{Na}^+$. Por tanto, el pH en el punto de equivalencia solo viene determinado por la presencia de $\text{CH}_3\text{COO}^-$ y será básico (pH > 7).

• Si solo dicen que el pH será neutro o básico pero no lo justifican basándose en la hidrólisis de las sales formadas en la valoración, se penalizará con 0,25 p. sobre 0,50 p.

0,25 p. El gráfico A corresponde a la valoración de ácido acético (ácido débil) con hidróxido de sodio:

$\Rightarrow$ pH en el punto de equivalencia > 7

$\Rightarrow$ cambio brusco de pH en la curva de valoración a pH > 7 (ácido débil)

El gráfico B corresponde a la valoración de ácido clorhídrico (ácido fuerte) con hidróxido de sodio:

$\Rightarrow$ pH en el punto de equivalencia = 7

$\Rightarrow$ cambio brusco de pH en la curva de valoración a pH = 7 (ácido fuerte)

b)

Cálculo de la concentración de ácido acético

Se puede hacer el cálculo por cualquiera de los dos métodos.

Método a) por factores de conversión

0,90 p.$$18{,}5\ \text{mL}\cdot\frac{1\ \text{L de solución}}{1000\ \text{mL}}\cdot\frac{0{,}050\ \text{mol NaOH}}{1\ \text{L de solución}}\cdot\frac{1\ \text{mol CH}_3\text{COOH}}{1\ \text{mol NaOH}} = 9{,}25\times 10^{-4}\ \text{mol CH}_3\text{COOH}$$$$[\text{CH}_3\text{COOH}] = \frac{9{,}25\times 10^{-4}\ \text{mol CH}_3\text{COOH}}{0{,}025\ \text{L}} = 0{,}037\ \text{M}$$$$\Rightarrow [\text{CH}_3\text{COOH}] = \mathbf{0{,}037\ M}$$Método b) considerando $M\times V = M'\times V'$

0,90 p. A partir de la reacción igualada (estequiometría 1 a 1 porque se trata de un ácido monoprótico) y sabiendo que:

$[\text{NaOH}] = 0{,}050\ \text{M}$; $V(\text{NaOH}) = 18{,}5\ \text{mL} = 0{,}0185\ \text{L}$

$V(\text{CH}_3\text{COOH}) = 25\ \text{mL} = 0{,}025\ \text{L}$

Se puede calcular $[\text{CH}_3\text{COOH}]$:$$(0{,}05\ \text{mol/L})\times(0{,}0185\ \text{L}) = [\text{CH}_3\text{COOH}]\times 0{,}025\ \text{L}$$$$[\text{CH}_3\text{COOH}] = (0{,}05\ \text{mol/L})\times(0{,}0185\ \text{L})\,/\,0{,}025\ \text{L} = 0{,}037\ \text{M}$$$$\Rightarrow [\text{CH}_3\text{COOH}] = \mathbf{0{,}037\ M}$$Elección del indicador. ¿Es adecuado el anaranjado de metilo?

0,35 p. En el punto de equivalencia habrá $\text{CH}_3\text{COONa}$, que es una sal que tiene hidrólisis básica porque el ion acetato reacciona con el agua; por tanto, el pH > 7.$$\text{CH}_3\text{COO}^-\text{(aq)} + \text{H}_2\text{O} \rightleftarrows \text{CH}_3\text{COOH(aq)} + \text{OH}^-\text{(aq)}$$No es una buena elección porque si utilizamos un indicador que vire en la zona ácida, antes del punto de equivalencia, como el anaranjado de metilo (3,1-4,4), estaremos gastando menos hidróxido de sodio del necesario para valorar todo el ácido acético.

También se considerará correcta cualquiera de las dos opciones siguientes:

• Si dicen que no va bien porque es un indicador que vira en la zona ácida y la sal que se forma en la valoración es una sal de hidrólisis básica (0,35 p.).
• Si dicen que habrá un error en la valoración y que la concentración de ácido acético será menor que la concentración real, porque el viraje del indicador utilizado es antes del punto de equivalencia (0,35 p.).