Titulación de ácido fuerte-base fuerte

Transcripción

1 Químic Anlític (9123) urv de titulcción y cp. buffer SUBTEMA 3 1 Titulción de ácido fuertebe fuerte En olución cuo, lo ácido y l be fuerte e encuentrn totlmente diocido. Por lo tnto, el ph lo lrgo de l titulción e puede clculr directmente de l cntidde etequiométric de ácido y be que vn reccionndo. En el punto de equivlenci el ph etá determindo por el grdo de diocición del gu; 25 el ph del gu pur e de El iguiente ejemplo ilutr lo cálculo pr obtener lo dto necerio pr contruir un curv de titulción. Ejemplo 1. Se tituln 50.0 ml de Hl M con NOH M. lcule el ph l principio de l titulción y depué de gregr 10.0, 50.0 y 60.0 ml de titulnte. Utilice lo método de proximción uule y depué verifique l proximcione coniderndo lo errore. () ph inicil. El Hl e un ácido fuerte y etá diocido por completo. Por lo tnto, [H ] = ph = 1.00 Aproximcione. Al hcer el cálculo nterior ignormo l [H ] portd por l diocición de l molécul de gu. En ete ejemplo tenemo tre epecie químic: H, OH y I. Pr obtener l tre concentrcione neceitmo reolver tre ecucione independiente. Et on l de l contnte de utoprotólii del gu: [H ][OH ] = w = 1.0 x (1) l ecución de blnce de crg: [H ] = [OH ] [l ] (2) y el blnce de m pr el cloruro: [l ] = 0.10 (3)

2 Químic Anlític (9123) urv de titulcción y cp. buffer SUBTEMA 3 2 No dmo cuent de que el gu e un ácido muy débil comprdo con el HI y que por ello [OH ] e muy pequeñ, má pequeñ en relidd que 10 7 M que e lo que e encuentr en el gu pur debido que l diocición del gu etá reprimid por el H del ácido fuerte Hl. Por eto deprecimo [OH ] l comprrlo con [I ] = 0.10 M y obtenemo [H ] = [OH ] M Ahor, de l ecución (1), obtenemo: [OH ] = w /[H ] = 1x10 14 /1x10 1 = 1x10 13 M Aí, el ph de l olución e 1.00 y u poh e (b) ph depué de l dición de 10.0 ml de be. L rección que ocurre durnte l titulción e, H OH === H 2 O L contnte de equilibrio,, e 1/ w = 1.0x Et e un contnte muy grnde, lo que ignific que l rección lleg completre. omenzmo con 50.0 ml x mmol/ml = 5.00 mmol de H y dicionmo 10.0 ml x mmol/ml = 1.00 mmol de OH. Suponiendo que l rección e complet, tenemo = 4.00 mmol en exceo de H en 60 ml de olución. Por l tnto, [H ] = 4.00 mmol/60.0 ml = 6.67 x 10 2 mmol/ml ph = 2 log 6.67 = 1.18 Lo vlore de ph pr lo otro volúmene de titulnte e pueden clculr en fom imilr. Aproximcione. En ete co tenemo cutro epecie: H, OH, l y N. L cutro ecucione on [H ][OH ] = 1.0 x (1) [N ] [H ] = [OH ] [l ] (2)

3 Químic Anlític (9123) urv de titulcción y cp. buffer SUBTEMA 3 3 [l ] = 5.00 mmol/60.0 ml = (3) [N ] = 1.00 mmol/60.0 ml = (4) Pueto que l olución e ácid, en l ecución (2) e puede deprecir [OH ]; eto no d De (1) [H ] = [H ] = M [OH ] = 1.50 x M. E evidente que el error que e comete l decrtr [OH ] en l ecución (2) e deprecible. (c) ph en el punto de equivlenci. El punto de equivlenci e lcnz cundo e hn diciondo 50.0 ml de NOH. Debido que l l que e form en l rección (Nl) no e ácid ni báic en olución cuo, l olución e neutr: [H ] = [OH ] = 1.0x10 7. Por lo tnto, el ph e 7.00, como en el gu pur. (d) ph depué de l dición de 60.0 ml de be. En ete punto e hn diciondo 60.0 ml x mmol/ml = 6.00 mmol de OH. Tenemo = 1.00 mmol en exceo de OH en 110 ml de olución. Por lo tnto, 1.00 mmol [OH ] = 1.00 mmol / 110 ml = 9.1 x 10 3 mmol/ml poh = 3 log9.1 = 2.04 ph = = Aproximcione. Aún tenemo cutro epecie: H, OH. I y N. L cutro ecucione on: [H ][OH ] = 1.0 x 1014 (1) [N ] [H ] = [OH ] [I ] (2) [I ] = 5.00 mmol/ 110 ml = (3) [N ] = 6.00 mmol/110 ml = (4) Pueto que l olución e báic, podemo decrtr [H ] de l ecución (2); eto d:

4 Químic Anlític (9123) urv de titulcción y cp. buffer SUBTEMA 3 4 De (1) = [OH ] [OH ] = [H ] = 1.11 x M De nuevo, e evidente que el error que e comete 1 decrtr [H ] de l ecución (2) e deprecible. En l Tbl iguiente e preentn lo vlore de ph lo lrgo de l titulción y en l figur e muetr l curv de titulción. Nótee que l principio el ph ument en form grdul y que lrededor del PE (49,95 50,05 ml) e increment en 5.40 unidde de ph. TABLA: Titulción de un ácido fuerte y de un ácido débil con NOH (50.0 ml de ácido M tituldo con NOH M) Volumen de ml de NOH olución ph, HI ph, HB* ** **

5 Químic Anlític (9123) urv de titulcción y cp. buffer SUBTEMA 3 5 * = 1.0 x ** Suponiendo 20 got por mi1ilitro, eto vlore correponden 1 got nte y 1 got depué del punto de equivlenci ml de NOH urv de titulción pr un ácido fuerte y un be fuerte: 50 ml de HI 0.10 M tituldo con NOH 0.10 M.

6 Químic Anlític (9123) urv de titulcción y cp. buffer SUBTEMA 3 6 L curv de titulción pr BF AF, como NOH con Hl, e idéntic l curv nterior i e grfic poh veru el volumen de HL. Titulción de ácido débil con be fuerte Ejemplo: Se tituln 50.0 ml de AH 0,100 M con NOH M. lcule el ph l principio de l titulción y depué de gregr 10.0, 50.0 y 60.0 ml de titulnte. = 1x10 5. Ecuc. de equilibrio: [H ] [A ] = [AH] (1) [H ] [OH ] = w (2) Blnce de m: [AH] [A ] = (3) Blnce de crg ó Blnce de m de H : [H ] = [A ] [OH ] (4) ) ph inicil: de (4) [H ] [A ] de (3) luego de (1): [AH] 0,100 M [ H ] = 5 1 1/2 3 ( 1x10 x10 ) = 1x10 ph = 3,00 Verificción de (3) 0,100 = 0,100 0,001 E r % = (0,001/0,100) x 100 = 1 % b) 10,00 ml de be gregd: rección AH OH A OH 2 t = 1x10 9 por lo tnto = (5 mmole 1 mmol) / 60 ml = 6,67x10 2 M

7 Químic Anlític (9123) urv de titulcción y cp. buffer SUBTEMA 3 7 = (1 mmol) / 60 ml = 1,67x10 2 M = [N ] Y, í, l concentrcione de equilibrio on: [AH] = 6,67x10 2 [H ] [OH ] 6,67x10 2 M [A ] = 1,67x10 2 [H ] [OH ] 1,67x10 2 M de (1) obtenemo [ H ] = [ AH ] [ A = 1x10 ] c) ph en el Punto de Equivlenci: 5 6,67x10 1,67x10 = (5 mmole) / 100 ml = 5x10 2 M = 3,99x10 ph = 4,40 Ecuc. de equilibrio: A OH 2 AH OH b = 1x10 9 (1) OH 2 H OH = w (2) Blnce de m: [AH] [A ] = (3) M Blnce de m de OH : [OH ] =[AH] [H ] (4) de (3) [A ] de (4) [OH ] [AH] undo l ec. (1) obtenemo: b = 2 [ OH ] 9 2 de donde [ OH ] = ( 10 x5x10 ) 1/ 2 = 7,07x10 6 M ph = 8,85 Verificción de ec. (3) 7,07x10 6 0,05 = 0,05 E r % = (7,07x10 6 /0,05) x 100 = 0,01 %

8 Químic Anlític (9123) urv de titulcción y cp. buffer SUBTEMA 3 8 Verificción de ec. (4) 7,07x10 6 = 7,07x10 6 1,41x10 9 E r % = (1,41x10 9 / 7,07x10 6 ) x 100 = 0,02 % RELAIÓN ENTRE URVAS DE TITULAIÓN y

9 Químic Anlític (9123) urv de titulcción y cp. buffer SUBTEMA 3 9 Solucione reguldor, buffer o tmpone Son olucione de AH ( ) /A N ( ) (1) (2) BM : B : de de AH H (4) y(5) (3) 2 [H O = [N ] ] [N A OH [A H = [A H (4) ] = [A ] = = [AH] ] [AH] (3) [H [H = w ] [OH ] ] [OH (5) ] [OH ] [AH] [H ] [OH ] ] = [H ]( [H ] [OH [H ] [OH ] ] y > 10 3 M = [H ] Henderon 10 6 < y < 10 3 M = [H ]( [H [H ] ]) y < 10 6 M ecución complet cúbic en

10 Químic Anlític (9123) urv de titulcción y cp. buffer SUBTEMA 3 10 INDIE BUFFER (β) ntidd de BASE FUERTE ó AIDO FUERTE neceri pr cmbir el ph en un dd cntidd. β = db da = dph dph l inver de l de l curv de tilción pendiente onideremo un olución que contiene.: b mole de NOH, mole de Hl y mole de ácido débil. Ecuc. de equilibrio: [H ] [A ] = [AH] (1) [H ] [OH ] = w (2) Blnce de m: [N ] = b (3) [l ] = (4) [AH] [A ] = (5) Blnce de crg: [H ] [N ] = [OH ] [l ] [A ] (6) De (1) y (5) [ A ] = Sutituyendo en (6)

11 Químic Anlític (9123) urv de titulcción y cp. buffer SUBTEMA 3 11 = [ ] [ ] w H H [ ] (7) H b Ahor expremo l cpcidd buffer en término de l definición de ph y l ec. (7): ph = d β = d β = 1 2,303 b 2,303 w β = ln d dph w 1 dph 2 = d = d b [ ] { 2,303} H d [ ] H 2 1 2,303 1 ( 2,303) 2 (8) EN AUSENIA DE ÁIDO DEBIL Y SU SAL Ó DE BASE DÉBIL Y SU SAL β = 2,303 ([OH ] [H ]) [H ] [OH ] PH β ,3x ,3x ,3x ,6x ,3x ,3x ,3x10 1 VER FIGURA DE LOS DATOS DE LA TABLA ANTERIOR (l finl).

12 Químic Anlític (9123) urv de titulcción y cp. buffer SUBTEMA 3 12 PARA UN ÁIDO DEBIL Y SU SAL Ó UNA BASE DÉBIL Y SU SAL Por ejemplo: tenemo ácido Acético en olución 0,1 M y le vmo cmbindo el ph hciendo gregdo uceivo de NOH (como utnci ólid fin de no cmbir el volumen de l olución). lculmo β pr cd ph con l ecución (8) y grficmo β v ph (VER FIGURA l finl) EN EL MÁXIMO DE ph 5 (ph = p ) β etá ddo por: β = 2,303 [ OH ] (8) Si >> [H ], [OH ] β 2,303 /4 = 5,8x10 2 ALULAR el cmbio de ph de un buffer de AcHAcN (0,010 M en c/u) cundo e greg 1 ml de Hl 1M 1 L de olución buffer. Blnce de crg: [H ] [N ] = [OH ] [l ] [Ac ] (9) Blnce de m: [l ] = 0,001 M (10) [hemo gregdo 1 mmol de Hl 1 litro de buffer] [N ] = 0,010 M (11) [Ac ] [AcH] = 0,020 M (12) [H ] y [OH ] on deprecible en (9), por lo tnto: [N ] = [l ] [Ac ] (9) y [Ac ] 0,010 0,001 = 0,009 M de (12) [AcH] = 0,020 0,009 = 0,011 M p = 4,76 de l ec. de [ H ] = 1,75x10 5 0,011 = 2,14x10 0,009 5 ph = 4,67 el ph cmbió 0,09 unidde (% 1,89) unto cmbirí i e greg gu pur?

13 Químic Anlític (9123) urv de titulcción y cp. buffer SUBTEMA 3 13