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Valoraciones y neutralización

También trata: pH de ácidos y bases

Extremadura · 2026 · Julio

Enunciado

Los productos de limpieza ecológicos están ganando popularidad por su menor impacto ambiental. Un fabricante quiere desarrollar un limpiador multiusos basado en amoniaco (

\text{NH}_3

), pero debe garantizar que su pH no supere 11,5 para cumplir con las normativas de seguridad de la Unión Europea.

El técnico de laboratorio de la fábrica analiza la disolución de amoniaco en agua preparada para el limpiador multiusos.

Tras varias medidas, el técnico averigua que el amoniaco se encuentra disociado en un 2 %, según la reacción

\text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{NH}_4^+ + \text{OH}^-

a) (0,5 puntos) Calcular el pH de la disolución.

b) (0,5 puntos) Determinar si el producto fabricado cumple la normativa de seguridad de la Unión Europea.

c) (0,75 puntos) Calcular el volumen de HCl 0,2 M necesario para neutralizar 100 mL de la disolución de amoniaco preparada.

d) (0,75 puntos) Indicar el material necesario para poder realizar el experimento del apartado anterior.

Datos:

K_b(\text{NH}_3) = 1{,}8\cdot 10^{-5}

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Resultado

\boxed{\;\text{a) } c = 0{,}0441\ \text{M};\ \text{pH} \approx 10{,}95\;}

\boxed{\;\text{b) Sí cumple: } 10{,}95 < 11{,}5\;}

\boxed{\;\text{c) } V(\text{HCl}) \approx 22{,}1\ \text{mL}\;}

d) Bureta con soporte y pinza, pipeta aforada con pera, Erlenmeyer, embudo e indicador (rojo de metilo).

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

El enunciado no da la concentración del amoniaco, sino su grado de disociación,

\alpha = 0{,}02

. Con la expresión de

K_b

en función de

c

\alpha

se despeja la concentración inicial

c

; entonces

[\text{OH}^-] = c\,\alpha

, y de ahí el pOH y el pH, que se compara con el límite de 11,5. Para la neutralización, todo el amoniaco (el disociado y el que no) reacciona mol a mol con el HCl, así que basta con igualar moles. El apartado d) es el montaje de una valoración.

Desarrollo

a) pH de la disolución

Tabla del equilibrio, con

c

la concentración inicial de

\text{NH}_3

\alpha = 0{,}02

	$\text{NH}_3$	$\text{NH}_4^+$	$\text{OH}^-$
Inicio (M)	$c$	$0$	$0$
Cambio (M)	$-c\alpha$	$+c\alpha$	$+c\alpha$
Equilibrio (M)	$c(1-\alpha)$	$c\alpha$	$c\alpha$

K_b = \frac{[\text{NH}_4^+]\,[\text{OH}^-]}{[\text{NH}_3]} = \frac{c\,\alpha^2}{1-\alpha}

Despejamos la concentración:

c = \frac{K_b\,(1-\alpha)}{\alpha^2} = \frac{1{,}8\cdot 10^{-5}\cdot 0{,}98}{(0{,}02)^2} = 0{,}0441\ \text{M}

[\text{OH}^-] = c\,\alpha = 0{,}0441 \cdot 0{,}02 = 8{,}82\cdot 10^{-4}\ \text{M}

\text{pOH} = -\log(8{,}82\cdot 10^{-4}) = 3{,}05 \qquad \text{pH} = 14 - 3{,}05 = 10{,}95

(Si se desprecia

\alpha

frente a 1,

c = K_b/\alpha^2 = 0{,}045\ \text{M}

[\text{OH}^-] = 9{,}0\cdot 10^{-4}\ \text{M}

: el pH sale igual,

10{,}95

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

b) ¿Cumple la normativa?

La norma exige

\text{pH} \le 11{,}5

. Como

\text{pH} = 10{,}95 < 11{,}5

el limpiador sí cumple la normativa. Dicho con concentraciones: a pH 11,5 correspondería

[\text{OH}^-] = 10^{-2{,}5} = 3{,}2\cdot 10^{-3}\ \text{M}

, casi cuatro veces más de lo que tiene.

c) Volumen de HCl para neutralizar 100 mL

Reacción de neutralización (mol a mol):

\text{NH}_3 + \text{HCl} \longrightarrow \text{NH}_4\text{Cl}

Al añadir el ácido, el equilibrio de disociación se desplaza y reacciona todo el amoniaco, así que se usa la concentración total,

c = 0{,}0441\ \text{M}

n(\text{NH}_3) = 0{,}0441\ \text{mol/L} \cdot 0{,}100\ \text{L} = 4{,}41\cdot 10^{-3}\ \text{mol} = n(\text{HCl})

V(\text{HCl}) = \frac{n}{M} = \frac{4{,}41\cdot 10^{-3}\ \text{mol}}{0{,}2\ \text{mol/L}} = 0{,}0221\ \text{L} = 22{,}1\ \text{mL}

d) Material para la valoración

Bureta de 25 o 50 mL, sujeta a un soporte con una pinza de bureta, para el HCl 0,2 M (se llena con ayuda de un embudo pequeño y se enrasa).
Pipeta aforada de 100 mL (o de menos volumen, repitiendo la medida) con su pera o aspirador, para medir con exactitud la disolución de amoniaco; nunca se pipetea con la boca.
Matraz Erlenmeyer (de 250 mL) donde se pone la muestra y se agita mientras cae el ácido.
Indicador ácido-base que vire cerca del pH del punto de equivalencia, que es ácido por la hidrólisis del $\text{NH}_4^+$ (unos 5,3): por ejemplo, rojo de metilo. Otra opción es un pH-metro.
Vasos de precipitados para trasvasar las disoluciones y un frasco lavador con agua destilada.
Gafas y guantes de protección: se manipulan un ácido y una base.

Se añade el HCl gota a gota agitando el Erlenmeyer hasta el viraje del indicador y se lee en la bureta el volumen gastado.

Consejo

Que el grado de disociación sea del 2 % no significa que solo se neutralice el 2 % del amoniaco: al añadir el ácido, los $\text{OH}^-$ se gastan y el equilibrio se desplaza hasta consumirlo todo. En la valoración cuenta la concentración total, $c$ , no $[\text{OH}^-]$ .

En el material, nombra cada pieza con su función (qué mide la bureta, qué mide la pipeta) y no olvides el indicador: sin él no se ve el punto final.