Titulaciones ácido-base
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Autores: Silvia Cerdeira, Helena Ceretti y
Eduardo Reciulschi. Responsable disciplinar:
Silvia Blaustein. Área disciplinar:
Química. Temática: Reacciones químicas.
Nivel: Secundario, ciclo básico. Secuencia
didáctica elaborada por Educ.ar. |
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Propósitos generales
• Promover el uso de los equipos portátiles en el proceso de enseñanza y aprendizaje.• Promover el trabajo en red y colaborativo, la discusión y el intercambio entre pares, la realización en conjunto de la propuesta, la autonomía de los alumnos y el rol del docente como orientador y facilitador del trabajo.
• Estimular la búsqueda y selección crítica de información proveniente de diferentes soportes, la evaluación y validación, el procesamiento, la jerarquización, la crítica y la interpretación.
Introducción a las actividades
Una solución ácida puede neutralizarse con otra básica (y viceversa), parcial o totalmente. La neutralización total implica la pérdida de las propiedades ácido-base de la solución y se obtiene cuando se igualan las concentraciones de iones hidronio o protón (H3O+) y oxhidrilo (OH-).
En este punto, se pueden realizar los cálculos estequiométricos para determinar la cantidad de ácido (o de base) presente en una solución desconocida midiendo el volumen de base (o de ácido) de una solución de concentración conocida. La utilización de un pH-metro o de un indicador adecuado permitirá señalar el momento o punto final de la reacción. El proceso correspondiente recibe el nombre de análisis volumétrico o titulación ácido-base y es una técnica de uso frecuente en los laboratorios químicos.
Los cálculos químicos para esta reacción de neutralización se efectúan con la ayuda de la ecuación (1):
V ácido M ácido . n ácido = V base . M base . n base (ecuación 1)
donde V representa el volumen de solución, M la concentración molar de dicha solución y n el número de protones cedidos (n ácido ) o aceptados (n base ) por cada molécula de ácido o de base respectivamente.
Por ejemplo, en la titulación de HCl con NaOH, la ecuación sería la siguiente:
HCl (ac) + NaOH(ac) → H2O(l) + Cl-(ac) + Na+(ac)
En el punto de equivalencia se cumple exactamente con la estequiometría
de la reacción (no hay reactivos limitante ni en exceso), por lo tanto
los números de moles de ambos estarán en relación estequiométrica, en
este caso 1 a 1 y por lo tanto nhcl
= nNaOH.
En una solución el número de moles de soluto puede calcularse
multiplicando el volumen de la soulción utilizado por la molaridad de la
misma. Por lo tanto para este ejemplo la escuación 1 puede expresarse
como
V HCl M
HCl = V NaOH .M NaOH
Objetivos de las actividades
Que los alumnos:
Actividad 1. Titulación
de ácidos y bases fuertes
Para realizar una titulación se emplea un dispositivo de vidrio llamado bureta, el cual permite tener el control de las cantidades de la solución de concentración conocida (titulante) que se está agregando. Durante la titulación, el punto en que se neutraliza un ácido o una base se denomina punto de equivalencia.
Si se va añadiendo poco a poco una base a un ácido, el pH de la solución irá aumentando. El diagrama que representa la variación del pH durante la titulación se denomina curva de titulación.
Si se representa gráficamente el pH en función de la cantidad de base añadida, se observa que a medida que se agrega el titulante (en este caso, la base), la pendiente de la curva de titulación se incrementa. El incremento es más pronunciado cuando se alcanza el punto final de la titulación. El reactivo indicador cambia de color (viraje del indicador) cuando se llega a esta situación experimentalmente.
• Con el programa Virtual Lab, instalado en sus netbooks, realicen una titulación ácido-base.
→ Abran el programa, en la solapa Herramientas > material de vidrio > erlenmeyers, seleccionen > matraz de erlenmeyer de 250 ml.
→ Utilizando el explorador de la izquierda de la pantalla, seleccionen > agua desionizada, aparecerá un bidón en la pantalla de trabajo.
→ Hagan clic sobre el bidón > arrástrenlo sobre el erlenmeyer de trabajo. En el borde inferior de la pantalla aparecerá una leyenda solicitando los ml a agregar. Escriban 100 ml.
→ Agreguen al erlenmeyer de trabajo HCl 1 M que se encuentra en la lista de ácidos fuertes. Aparecerá un erlenmeyer en la pantalla de trabajo.
→ Hagan clic sobre el erlenmeyer de HCl y arrástrenlo sobre el erlenmeyer de trabajo. Agreguen 1 ml de esta solución y registren el pH. Tomen nota de su valor.
→ Agreguen al erlenemyer de trabajo 1 ml de indicador fenolftaleína que se encuentra en la lista de indicadores en el Explorador de almacén (a la izquierda de la pantalla). La fenolftaleína es incolora hasta pH 8 y rosada a partir de pH 10.
→ En la solapa Herramientas > material de vidrio, seleccionen una bureta de 50 ml.
→ Seleccionen NaOH 0,1 M en > Explorador de almacén > coloquen 50 ml en la bureta.
→ Acerquen la bureta al erlenmeyer de trabajo y agreguen porciones de 0,5 ml.
→ Registren el pH
de la solución que está en el erlenmeyer de trabajo luego de cada
agregado. Pueden registrar la información en el programa Calc.
→ Verifiquen a qué pH se produce la variación de color del indicador de incoloro a rosa.
Actividad 2. Titulación de ácidos y bases débiles
En una titulación, el pH en el punto de equivalencia lo determina la composición de la solución resultante de la reacción ácido-base. Así, por ejemplo, en el caso anterior (actividad 1, titulación de HCl con NaOH), la reacción de neutralización conduce a la formación de una solución de NaCl. El pH de una solución de cloruro de sodio en agua pura es 7.
En el caso de emplear ácido o bases débiles en la titulación, las sales formadas tienden a seguir reaccionando con el agua. La reacción ácido-base de la sal formada modifica el pH de la solución en el punto de neutralización:
• El pH resultará alcalino si se titula un ácido débil con una base fuerte (por ejemplo, titulación de ácido acético con NaOH).
• El pH resultará ácido si se titula una base débil con un ácido fuerte (por ejemplo, titulación de amoniaco con HCl).
Este mismo efecto se observa cuando se disuelve una sal que contenga
un anión proveniente de un ácido débil o un catión proveniente de una
base débil, y se denomina hidrólisis de sales.
Por esta circunstancia, no todos los indicadores ácido-base son útiles para este tipo de ensayos, y se deben seleccionar aquellos que tengan un intervalo de cambio de color cercano al punto de equivalencia de la titulación.
Prueben el efecto de usar un ácido débil con el programa Virtual Lab.
Repitan el experimento de la actividad 1 empleando ácido acético 1 M (CH3COOH) que se encuentra en la lista de ácidos débiles.
Actividad 3. Curvas de titulación
Con los datos de volumen de titulante agregado y pH de las actividades 1 y 2, armen una tabla. Para hacerla pueden utilizar el programa Calc. Hagan también un gráfico xy (curva de titulación).
• Verifiquen las diferencias entre las curvas pH versus volumen de titulante (NaOH) de las actividades 1 y 2 en cuanto a aspecto y pH de cambio de pendiente.
• Escriban las ecuaciones químicas correspondientes a las titulaciones de ambas actividades. Con los datos obtenidos para ambas titulaciones, verifiquen si se cumple la relación matemática planteada en la ecuación 1.