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. Hidróxido de sodio: $\text{NaOH}$ [−0,50 p. si no lo formulan bien]

pH de la disolución de ácido fórmico 0,20 M

Equilibrio del ácido metanoico:$$\text{HCOOH} + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{HCOO}^- + \text{H}_3\text{O}^+$$0,15 p.$$K_a = \frac{[\text{HCOO}^-][\text{H}_3\text{O}^+]}{[\text{HCOOH}]}$$Cálculo de la concentración de ion hidronio (oxidanio/oxonio) y del pH$$1{,}77\times 10^{-4} = \frac{[(x)\cdot(x)]}{(0{,}20 - x)} \qquad \text{(ecuación 1)}$$$$x^2 + 1{,}77\times 10^{-4}\,x - 3{,}54\times 10^{-5} = 0$$Resolviendo la ecuación cuadrática, se encuentra que $\boldsymbol{x = 0{,}005862}$. La otra solución es negativa.

0,30 p. $[\text{H}_3\text{O}^+] = 5{,}862\times 10^{-3}\ \text{M}$

0,20 p. $\text{pH} = -\log\,[\text{H}_3\text{O}^+] = -\log\,(5{,}862\times 10^{-3}) \;\Rightarrow\; \mathbf{pH = 2{,}23}$

Reacción de valoración

0,20 p.$$\text{HCOOH}(aq) + \text{OH}^-(aq) \rightarrow \text{HCOO}^-(aq) + \text{H}_2\text{O}(l)$$(o también: $\text{HCOOH}(aq) + \text{NaOH}(aq) \rightarrow \text{HCOONa}(aq) + \text{H}_2\text{O}(l)$)

Cálculo del volumen de NaOH

A partir de la reacción ajustada (estequiometría 1 a 1 porque se trata de un ácido monoprótico) y sabiendo que:

$[\text{HCOOH}] = 0{,}20\ \text{M}$; $V(\text{HCOOH}) = 25\ \text{mL} = 0{,}025\ \text{L}$ y $[\text{NaOH}] = 0{,}15\ \text{M}$

se puede calcular el $V(\text{NaOH})$: $(0{,}20\ \text{mol/L})\times(0{,}025\ \text{L}) = 0{,}15\ \text{mol/L}\times V(\text{NaOH})$$$V(\text{NaOH}) = (0{,}20\ \text{mol/L}\times 0{,}025\ \text{L}) / 0{,}15\ \text{mol/L} = 0{,}0333\ \text{L de NaOH } 0{,}15\ \text{M}$$0,40 p. $\Rightarrow\ \mathbf{V(NaOH) = 0{,}0333\ L\ o\ 33{,}3\ mL}$

b)

Justificación del pH en el punto de equivalencia y elección del indicador

La sal que se forma en el proceso de neutralización es el metanoato de sodio ($\text{HCOONa}$).

El catión $\text{Na}^+$ no reacciona con el agua, pero el anión metanoato ($\text{HCOO}^-$), que es la base conjugada de un ácido débil, reaccionará con el agua y dará lugar a una hidrólisis básica:$$\text{HCOO}^-(aq) + \text{H}_2\text{O}(l) \rightleftharpoons \text{HCOOH}(aq) + \text{OH}^-(aq)$$0,25 p. En el punto de equivalencia solo tendremos el anión $\text{HCOO}^-$ y el catión $\text{Na}^+$. Por tanto, el pH en el punto de equivalencia solo viene determinado por la presencia del anión $\text{HCOO}^-$ y será básico.

0,20 p. El indicador más adecuado para llevar a cabo la valoración y la detección del punto final es la fenolftaleína, porque es el indicador que cambia de color al pH más básico (8,0-9,5).

0,20 p. Material y otras sustancias para llevar a cabo la valoración (aparte de las disoluciones de ácido metanoico y 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.

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 metanoico 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 observar un cambio de color de la disolución.
• ✓ Cerramos la llave de la bureta y anotamos el volumen consumido de NaOH gastado.