Titulación. Titulación

Transcripción

1 Titulación En titiulación ácido-base, agente titulante solución que se añade lentamente desde una bureta Generalmente la solución añadida es de concentración desconocida Se añade a una solución de cocentración conocida hasta que se completa la reacción Punto final cuando visiblemente se ha completado la reacción (detectado con indicador) Indicador especie química que cambia en color en función de ph y se añade para detectar el punto final Punto de equivalencia moles H 3 O + = moles OH 1 Titulación 1

2 urva de Titulación Gráfica de ph vs. cantidad de agente titulante El punto de inflección es el punto de equivalencia Puntos importantes en la curvas Antes del punto de equivalencia o La solución en el matraz cónico está en exceso, (ph observado es cercano al de la solución en el matraz) En el punto de equivalencia o El ph depende del ph de la sal en solución» Sal neutral, ph = 7» Sal acídica,,ph < 7» Sal básica, ph > 7 Después del punto de equivalencia o La solución de la bureta está en exceso dentro del matraz cónico (ph se aproxima al ph de la solución en la bureta) 3 ruva de Titulación: Base desconocida añadida a ácido fuerte 4

3 Titulación de 5 ml de M Hl con M NaOH omo la concentración de ambas soluciones son iguales y la estequiometría es de 1:1, el punto de equivalencia se ecuentra en volumen igual Antes pto. equivanlencia (exceso de ácido Después del pto.equivalencia (base en exceso) Punto de Equivalencia Moles Hl = moles NaOH ph = Titulación de 5 ml de M Hl con M NaOH Hl (ac) + NaOH (ac) Nal (ac) + H O neutralización (aq) Inicial Inicial: moles H + = moles Hl punto de equivalencia moles NaOH añadidos = moles iniciales Hl* 0.00 moles Hl y 0.00 moles NaOH (todo reacciona) omo Nal es una sal neutral, el ph en el punto de equivalencia es Depués punto de equivalencia: ph NaOH en exceso * moles iniciales Hl L x mol/l =.50 x

4 Titulación de 5 ml de M Hl con M NaOH ph inicial = log(0.100) = 1.00 Neutralización Hl + NaOH Nal + H O M Hl V Hl x10 3 M NaOH V NaOH x 4 neutralización Hl ac NaOH ac Nal ac H O inicial 3 5. x rx x10 final 0. x x 10 Moles Hl l OH Antes Añadidos después Titulación de 5 ml de M Hl con M NaOH Hl (ac) + NaOH (ac) Nal (ac) + H O (l) ph inicial = log(0.100) = 1.00 Moles iniciales Hl = L x mol/l =.50 x 10 3 Antes del pto. equivalencia 5.0 ml NaOH añadidos 5.0 x 10 4 moles NaOH añadidos Hl Nal NaOH moles iniciales.50x x10 5.0x10-4 moles -5.0x x x10-4 moles finales.00x x moles finales [] nueva [] nueva

5 Titulación de 5 ml de M Hl con M NaOH Hl (ac) + NaOH (ac) Nal (ac) + H O (l) ph inicial = log(0.100) = 1.00 Moles i i = 050 = 50x10 3 iniciales Hl L x mol/l.50 En el punto de equivalencia 5.0 ml NaOH añadidos.5 x 10 3 moles NaOH añadidos Hl Nal NaOH moles iniciales.50x x10-3 moles -.50x x x10-3 moles finales 0.50x moles finales [] nueva [] nueva Titulación de 5 ml de M Hl con M NaOH Hl (ac) + NaOH (ac) Nal (ac) + H O (l) ph inicial = log(0.100) = 1.00 Moles iniciales Hl = L x mol/l =.50 x 10 3 Después del punto de equivalencia ml NaOH añadidos 3.0 x 10 3 moles NaOH añadidos Hl Nal NaOH moles iniciales.50x x10-3 moles -.50x x x10-3 moles finales 0.50x x10-4 moles finales [] nueva [] nueva

6 Añadir M NaOH a M Hl +5.0 ml M Hl mol Hl ph = ml NaOH moles Hl ph = ml NaOH mol Hl ph = ml NaOH mol Hl ph = ml NaOH mol Hl ph = ml NaOH equivalence point ph = ml NaOH mol NaOH ph = ml NaOH mol NaOH ph = ml NaOH mol NaOH ph = ml NaOH mol NaOH ph = Práctica alcule el ph de la solcuión que resulta cuando se añden 10.0 ml de 0.15 M NaOH a 50.0 ml de 0.5 M HNO 3 HNO 3 (ac) + NaOH(ac) NaNO 3 (ac) + H O(l) ph Inicial = log(0.50) = 0.60 mol Iniciales HNO 3 = L x 0.5 mol/l=1.5 x 10 Antes del punto de equivalencia 10.0 ml NaOH añadidos HNO 3 NaNO 3 NaOH moles iniciales 1.5x x10-3 moles 1.5x x x10-3 moles finales 1.1x x [] nueva

7 Práctica alcule la cantidad de una solución de 0.15 M NaOH que debe añaidr a 50.0 ml de 0.5 M HNO 3 para alcanzar punto de equivalencia HNO 3 (ac) + NaOH(ac) NaNO 3 (ac) + H O(l) ph Inicial = log(0.50) l = 0.60 Moles iniciales HNO 3 = L x 0.5 mol/l=1.5 x 10 moles En el punto de equivalencia: moles of NaOH = 1.5 x Práctica alcule el ph de la solución que resulta cuando ml de 0.15 M NaOH se añaden a 50.0 ml de 0.5 M HNO 3 HNO 3 (ac) + NaOH(ac) NaNO 3 (ac) + H O(l) ph Inicial = log(0.50) = 0.60 Moles iniciales HNO 3 = L x 0.5 mol/l=1.5 x 10 Después del pto equivalencia i ml NaOH HNO 3 NaNO 3 NaOH moles iniciales 1.5E E- moles 1.5E- +1.5E- 1.5E- moles finales 0 1.5E [] nueva

8 Titulación de base fuerte con ácido fuerte Si el ácido está en la bureta y se descarga a una base en el matraz cónico, la curva de titulación será la parecida a la figura. 15 Titulación de ácido débil con base fuerte La curva será diferente en la región del punto de equivalencia en y la región de exceso de ácido. El ph: inicial se determina usando la K a del ácido débil en la región del exceso de ácido se determina como se determina para los amortiguadores. en la región del punto de equivalencia se determina usando el K b de la base conjugada del ácido débil después del punto de equivalencia i está dominado d por el exceso de la La basicidad de el anióbase fuerten (base conjugada) es descartable 16 8

9 Titulación de 5 ml de M HHO con M NaOH HHO (ac) + NaOH (ac) NaHO (ac) + H O (ac) Rx. Neutralización ph inicial HHO (ac) + H O (l) HO (ac) + H 3 O + (ac) [HHO ] [HO ][H 3 O + ] Inicial ambio x +x +x K a = 1.8 x 10 4 equilibrio x x x 17 Titulación de 5 ml de M HHO con M NaOH Moles Iniciales HHO = L x mol/l =.50 x 10 3 HHO (ac) + NaOH (ac) NaHO (ac) + H O (ac) Antes pto. equivalencia 5.0 ml NaOH añadidos neutralización HHO ac NaOH ac NaHO ac H O 3 inicial 5. x rx 50. x10 final 0. x x moles: HA A OH antes 50.50x añadidos 5.0x10-4 después.00x x

10 Titulación de 5 ml de M HHO con M NaOH HHO (aq) + NaOH (aq) NaHO (aq) + H O (aq) Moles iniciales HHO = L x mol/l =.50 x 10 3 En pto. de equivalencia 5.0 ml NaOH añadidos Moles: HA A OH antes.50x añadidos.50x10-3 después 0.50x HO (ac ac) + H O (l) HHO (ac) + OH (ac ac) [HHO ] [HO ] [OH ] Inicial ambio +x x +x equilibrio x 5.00x10 - -x x K b = 5.6 x Titulación de 5 ml de M HHO con M NaOH HHO (aq) + NaOH (aq) NaHO (aq) + H O (aq) Moles iniciales HHO = L x mol/l =.50 x 10 3 En pto. de equivalencia 5.0 ml NaOH añadidos HO (ac ac) + H O (l) HHO (ac) + OH (ac [HHO ] [HO ] [OH ] Inicial ambio +x x +x equilibrio x 5.00x10 - -x x ac) 10

11 Titulación de 5 ml de M HHO con M NaOH HHO (aq) + NaOH (aq) NaHO (aq) + H O (aq) Moles iniciales HHO = L x mol/l =.50 x 10 3 Después del pto. de equivalencia 30.0 ml NaOH añadidos 3.0 x 10 3 moles NaOH añadidos moles: HA A NaOH antes.50x x10-3 cambio.5x x10-3.5x10-3 final 0.5x x10-4 molaridad, nueva Adición de NaOH a HHO added ml NaOH ml ml NaOH initial HHO solution equivalence mol mol NaOH point HHO xs added mol mlhho NaOH ph ph = = mol HO [HO ph =.37 mol NaOH xs ] init = M ph [OH = ] 1. eq = 1.7 x 10 6 ph = ml NaOH mol HHO ph = 3.74 = pk a ½ pto. Equ ml NaOH mol NaOH xs ph = ml NaOH mol HHO ph = ml NaOH mol HHO ph = ml NaOH mol NaOH xs ph =

12 Titulación de ácido débil con base fuerte ph inicial = ácido débil Antes del punto de equivalencia la solución es una solución amortiguadora Se calculan los moles HA init y los moles A init usando la estequiometría de la reacción El ph se calcula usando Henderson-Hasselbalch (basado en HA init y A init) A mitad del punto de equivalencia ph = pk a 3 Titulación de ácido débil con base fuerte En el punto de equivalencia los moles de HA = moles de Base añadida La solución resultante t tiene moles A = moles Ha originales [A ] init = moles A /litros totales Después del punto de equivalencia, el OH está en exceso [OH ]=molesmohexceso/liltros exceso/liltros totales [H 3 O + ][OH ]=1 x

13 Ejemplo 16.7a: Una muestra de 40.0 ml de M HNO se titula con 0.00 M KOH. alcule el volumen de KOH en el punto de equivalencia. Neutralización HNO + KOH NO + H O M KOHVKOH MHNO V HNO 0.00 V :1 KOH VKOH ml 5 Ejemplo 16.7b: Una muestra de 40.0 ml de M HNO se titula con 0.00 M KOH. alcule el ph después de añadir 5.00 ml KOH. Neutralización HNO + KOH NO + H O M V HNO HNO x10 3 M KOH V KOH x10 3 neutralización HNO ac KOH ac KNO ac H O inicial x rx x10 final 30. x x Moles HNO NO OH Antes Añadidos después

14 Ejemplo 16.7b: Una muestra de 40.0 ml de M HNO se titula con 0.00 M KOH. alcule el ph después de añadir 5.00 ml KOH. Tabla 15.5 K a = 4.6 x 10 4 HNO + H O NO + H 3 O Ejemplo 16.7b: Una muestra de 40.0 ml de M HNO se titula con 0.00 M KOH. alcule el ph a mitad del punto de equivalencia. HNO + KOH NO + H O ½ pto. de equivalencia, moles KOH = ½ moles HNO HNO + H O NO + H 3 O + Moles HNO NO OH Antes Añadidos después ph = pk a 8 14

15 Base débil con ácido fuerte Material suplementario Práctica Titulación de 5.0 ml de 0.10 M NH 3 (pk b = 4.75) con 0.10 M Hl. alcule el ph de la solución después de añadir 5.0 ml de Hl. NH 3(ac) + Hl (ac) NH 4 l (ac) Moles iniciales NH 3 = L x mol/l =.50 x 10 3 Antes del pto de equivalencia: 5.0 ml de Hl añadidos NH + + H O NH + + H O pk b = (aq) (l) 4 (aq) (l) pk a = = 9.5 moles NH 3 NH 4 l Hl antes.50x x10-4 cambio 5.0x x x10-4 finles.00x x [] nueva

16 Práctica Titulación de 5.0 ml de 0.10 M NH 3 (pk b = 4.75) con 0.10 M Hl. alcule el ph de la solución en el pto de equivalencia En el pto de equivalencia lo moles NH 3 = moles Hl =.50 x 10 3 moles NH 3 NH 4 l Hl antes.50x x10-4 cambio.5x10-3.5x10-3.5x10-3 finles 0.5x [] nueva ml Hl añadido NH 4 + (ac) + H O (l) NH 3(ac) + H 3 O + (ac) [NH 3 ] [NH 4+ ] [H 3 O + ] initial change +x x +x equilibriu m x x x 31 Práctica Titulación de 5.0 ml de 0.10 M NH 3 (pk b = 4.75) con 0.10 M Hl. alcule el ph de la solución después de añadir 30 ml de Hl NH 3(ac) + Hl (ac) NH 4 l (ac) Moles iniciales NH 3 = L x mol/l =.50 x 10 3 Después del pto de equivalencia: 30.0 ml de Hl añadidos moles NH 3 NH 4l Hl antes.50x x10-3 cambio.5x x10-3.5x10-3 finles 0.5x [] nueva uando mezcla ácido fuerte, Hl, con ácido débil, NH 4+, solo considere el fuerte 3 16

17 Monitoreo del ph durante una Titulación Medida de conductividad por [H 3 O + ] usando un sensor que mida H + 3 O específicamente El punto final de una titulación se alcanza en el punto de equivalencia en el punto de inflección de la curva Si sabe la cantidad necesaria para llegar al punto final, se monitorea con un indicador 33 Monitoreo de ph durante una titulación 34 17

18 Indicadores Muchos tintes cambian de color dependiendo el ph de la solución Son ácidos débiles con equilbrio HInd (ac) + H O (l) Ind (ac) + H 3 O + (ac) El color de la solución depende de la conentración relativa de Ind :HInd uando Ind :HInd 1, el color será una mezcla de los colores de Ind y HInd uando Ind :HInd > 10, el color será el color de Ind uando Ind :HInd < 0.1, el color será de HInd 35 Fenoftaleína 36 18

19 Rojo de Metilo H H H H (H 3 ) N N N N H H H H H 3 O+ OH- NaOO H H H H H (H 3 ) N N N N H H H NaOO H 37 Monitoreo de Titulación con indicador pk a de HInd ph en el punto de equivalencia Indicadores ácido-base 38 19

20 Equilibrio de Solubilidad Todos los compuestos iónicos se disuelven en agua en cierto grado Aquellos con solubilidad bien baja se clasifican como insolubles Se aplica el concepto de equilbrio a las sales y se usa la constante de equilbrio para medir la solubilidad relativa en agua 39 Producto de Solubilidad La constante de equilbrio para la disociación de una sal en sus iones en medio acuoso se llama constante de producto de solubilidad, K sp Para sólido iónico M n X m, la reacción de disociación es: M n X m (s) nm m+ (aq) + mx n (aq) El producto de solubilidad es: K sp = [M m+ ] n [X n ] m Ejemplo: la disociación de la reacción de Pbl es Pbl (s) Pb + (aq) + l (aq) La constante de equilibrio es K sp = [Pb + ][l ] 40 0

21 41 Solubilidad Molar Solubilidad es la cantidad de soluto que se disuelve en una cantidad dada de solución A una temperatrua t dada d La solubilidad molar es el número de moles de soluto que se disuelven en un litro de solución Es la molaridad del soluto disuelto en una solución saturada Para la reacción general M n X m (s) nm m+ (ac) + mx n (ac) 4 1

22 Ejemplo 16.8: alcule la solubilidad molar de Pbl en agua pura a 5, Kps = 1.17 x 10-5 Pbl s Pb ac l ac x x [Pb + ] [l ] Inicial 0 0 s s 3 K ps Pb l s s 4s ambio +S +S Equilibrio S S 43 Práctica Determine el K sp de PbBr si la solubilidad molar en agua a 5 es 1.05 x 10 M PbBr s Pb ac Br ac x x s s 3 K ps Pb Br s s 4s [Pb + ] [Br ] Inicial 0 0 ambio +(1.05 x 10 ) +(1.05 x 10 ) equilibrio (1.05 x 10 ) (.10 x 10 ) 44

23 Práctica Determine el K sp de PbBr si la solubilidad molar en agua a 5 es 1.05 x 10 M PbBr s Pb ac Br ac 3 K ps Pb Br s s 4s K 4s x x10 ps ps K s s x x K 105. x x x10 ps 6 45 K sp y Solubilidad Relativa Tomar en consideración la estequiometría El efecto de ión común sobre la solubilidad Añadir una sal soluble que contenga uno de los iones de la sal insoluble disminuye la solubilidad de la insoluble Ejemplo Nal añadido a Pbl disminuye la solubilidad de Pbl (Le hatelier) Pbl (s) Pb + (aq) + l (aq) Añadir l desplaza el equilibrio hacia la izquierda 46 3

24 Ejemplo 16.10: alcule la solubilidad molar de af en M NaF a 5 [a + ] [F ] Inicial cambio +S +S equilibrio S S af s a ac F ac 0. 1 s 0. 1 s s K ps a F s 0. 1 s K ps 0. 1 s x x s x1 0 8 Práctica Determine la concentración de los iones de Ag + en agua de mar que tiene [l ] igual 0.55 M Agl(s) Ag + (aq) + l (aq) S K sp = [Ag + ][l ] S K sp = [Ag + ][l ] K sp = (S)( S) K sp = (S)(0.55) [Ag + ] [l ] Inicial ambio +S +S equilibrio S S 48 4

25 El Efecto de ph en la Solubilidad Para hidróxidos iónicos insolubles, a mayor ph, menor la solubilidad Menor ph, mayor la solubilidad Mayor ph = [OH ] aumenta M(OH) n (s) M n+ (aq) + noh (aq) Los sólidos iónicos insolubles que contiene aniones de ácidos débiles, a menor ph, mayor la solubilidad M (O 3 ) n (s) M n+ (ac) + no 3 (ac) H 3 O + (ac) + O 3 (ac) HO 3 (ac) + H O(l) 49 Precipitación Ocurre cuando la concentración de los iones excede la solubilidad del compuesto iónico omparación de Q,de d la solución con el K sp, se puede determinar si ocurre precipitación Q = K sp, solución saturada, no hay precipitación Q < K sp, solución insaturada, no hay precipitación Q > K sp, solution está más allá de saturación, se precipita Algunas soluciones con Q > K sp no precipitan a menos que se perturben se llaman solución sobresaturada 50 5

26 Ocure precipitación si Q > K sp Solución sobresaturada se precipita si se añade un cristal semilla 51 Ejemplo 16.1: Se formará precipitado cuando se mezclan Pb(NO 3 ) (ac) con NaBr (ac) si la concentración al mezclar es M y M respectivamente? Pb(NO 3 ) (aq) + NaBr (aq) PbBr (s) + NaNO 3(aq) Pb(NO 3 ) = M Pb + = M, NO 3 = ( M) NaBr = M Na + = M, Br = M K sp of PbBr = 4.67 x 10 6 PbBr (s) Pb + (ac) + Br (ac) Q < K sp, no precipitación 5 6

27 Práctica Se formará precipitado cuando a(no 3 ) (ac) se mezcla con NaOH (ac) si las concentraciones después de mezclar son iguales a M para ambas especies? a(no 3 ) (ac) + NaOH (ac) a(oh) (s) + NaNO 3(ac) a(no 3 ) = M NaOH = M a + = M, Na + = M, NO 3 = ( M) OH = M K sp of a(oh) = 4.68 x 10 6 a(oh) (s) a + (ac) + OH (ac) Q > K sp, se precipita 53 7