Valoración de un ácido fuerte o una base fuerte
Valoración
Científico 1: Oye, ¿conoces la concentración de esta solución de ácido fuerte X?
Científico 2: No. ¡Pero sé cómo podemos resolverlo!
Científico 1: ¿Cómo?
Científico 2: mezclándolo estratégicamente con una base fuerte.
Científico 1: ¿Cómo podría eso decirnos algo útil sobre la concentración de X? ¡Realizar una reacción podría cambiar las propiedades de la sustancia!
Científico 2: ¡No te preocupes, amigo! Presta atención y te lo diré.
Pensemos en las reacciones entre ácidos fuertes y bases fuertes. Estas reacciones a menudo se denominan reacciones de neutralización . ¿Alguna conjetura por qué? Bueno, cuando agrega ácidos fuertes a bases fuertes, los iones de hidrógeno del ácido reaccionan con los iones de hidróxido de la base para crear un producto neutro: ¡agua!
H + + OH- -> H2O
Los ácidos y las bases reaccionan en una proporción de 1: 1. Cuando agrega base a ácido (o viceversa), una vez que el pH es neutro (7), sabe que tiene partes iguales de ácido y base. Si realiza un seguimiento de la cantidad de solución que ha agregado para alcanzar un pH neutro, ¡puede determinar la concentración de lo desconocido! Este proceso se llama titulación . La titulación es cuando una solución de propiedades conocidas (llamado el valorante se utiliza) para analizar las propiedades de una solución desconocida. Las titulaciones se utilizan a menudo en la química ácido-base para determinar la concentración de una solución desconocida.
En una titulación, como la propuesta por nuestros científicos de dibujos animados, tomamos una muestra de nuestro ácido fuerte de concentración desconocida. Luego agregamos una base fuerte, poco a poco, hasta que la concentración de iones de hidrógeno sea igual a la concentración de iones de hidróxido. Este punto, conocido como punto de equivalencia , es cuando la cantidad de iones de hidrógeno e iones de hidróxido son iguales y el pH = 7. Encontramos este punto ya sea monitoreando el pH con una sonda o agregando una solución indicadora , una sustancia química especial que cambia de color. dentro de un rango de pH específico.
Idealmente, el punto de equivalencia ocurre cuando se detiene la titulación. El punto en el que se detiene la titulación se denomina punto final . Como sabemos cuánto titulante agregamos, podemos inferir la concentración de la solución desconocida. Veremos esto con más profundidad más adelante.
Curvas de titulación
Los datos recopilados durante la titulación se pueden usar para crear una curva de titulación o un gráfico de pH versus volumen de titulante agregado. Las curvas de titulación comienzan con el pH de la solución desconocida y terminan con el pH del titulante. Todas las curvas de titulación tienen características similares; para mí, todos parecen diapositivas. Como muchas diapositivas, las curvas de titulación comienzan con una pendiente que es suave y gradual al principio, dramática en el medio y luego suave al final. El punto de equivalencia ocurre en medio de la dramática pendiente.
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Una titulación en la que se valora un ácido fuerte utilizando una base fuerte tendrá una curva de titulación que se parece al Gráfico 1 anterior. Un deslizamiento modelado a partir de esta curva sin duda sería un paseo intenso, si no aterrador. Inicialmente, el pH de la solución es bajo, cambiando muy gradualmente hasta que, de repente, hay un fuerte aumento del pH. Como se señaló anteriormente, el punto de equivalencia se encuentra en el medio de esta pendiente. Para valoraciones de base fuerte de ácido fuerte, el punto de equivalencia es siete. Si la titulación continúa más allá del punto final, los valores de pH continúan aumentando hasta los de la base pura.
¿Puede imaginarse cómo se vería una curva de titulación cuando se titula una base fuerte con un ácido fuerte? Debería ser lo opuesto a la curva de titulación que acabamos de ver. Inicialmente, el pH es alto, cambiando muy gradualmente hasta que se produce una disminución brusca y repentina del pH. A medida que continúa la titulación, la disminución del pH se vuelve más gradual.
Determinación de la concentración de una sustancia desconocida a partir de la titulación
La forma de determinar la concentración de la sustancia desconocida a partir de los datos de titulación es usar la ecuación: (cH ^ +) (VH ^ +) = (cOH ^ -) (VOH ^ -).
La concentración de iones de hidrógeno multiplicada por el volumen de iones de hidrógeno es igual a la concentración de iones de hidróxido multiplicada por el volumen de iones de hidróxido. Asegúrese de que la concentración esté en términos de molaridad, o mol / L, y el volumen en términos de litros.
- Reúna la información. Necesita saber la concentración y el volumen de ácido / base que agregó y la cantidad de sustancia desconocida con la que comenzó.
- Configure su ecuación y complete todos los valores conocidos.
- Haz los cálculos.
Aquí hay un ejemplo: una solución de 40 ml de HCl se titula con 24,64 ml de una solución de KOH 0,55 M. ¿Cuál es la concentración de la solución de HCl?
Paso uno: recopile la información
El volumen de los iones de hidrógeno es de 40 mL. Convertimos eso a litros dividiéndolo por 1000.
- VH ^ + = 40 mL = 40 mL * 1 L / 1000 mL = 0.04 L
- cOH ^ – = 0,55 mol / L
- VOH ^ – = 24,64 ml = 24,64 ml * 1 L / 1000 ml = 0,02464 L
- cH ^ + =?
Paso dos: configurar la ecuación y completar los valores conocidos
Aquí está nuestra ecuación nuevamente: (cH ^ +) (VH ^ +) = (cOH ^ -) (VOH ^ -). Podemos reorganizar para resolver la concentración de iones de hidrógeno dividiendo ambos lados por el volumen de iones de hidrógeno: cH ^ + = (cOH ^ -) (VOH ^ -) / VH ^ +.
Ahora conectamos nuestros valores: cH ^ + = (0.55 mol / L) (0.02464 L) / 0.040 L.
Paso tres: haz los cálculos
Los litros se cancelarán:
- cH ^ + = (0.55 mol / L) (0.02464 L) / 0.040 L.
- cH ^ + = 0.3388 mol / L
La concentración de la solución de HCl es 0.3388 mol / L.
Determinación del pH durante la titulación
Las valoraciones entre ácidos y bases fuertes siempre darán como resultado un pH de 7 en el punto de equivalencia. ¿Cuan genial es eso? Este fenómeno ocurre porque los ácidos fuertes y las bases fuertes se disocian al 100% en solución. Además, los ácidos y bases conjugados producidos por ácidos fuertes y bases fuertes no afectan el pH.
Si necesita determinar el pH durante la titulación en puntos que no sean el punto inicial o el punto final / equivalencia, ¡entonces necesitará hacer algunos cálculos matemáticos! Es fácil determinar el pH en cualquier punto dado de una titulación para un ácido fuerte y una base fuerte. Para determinar el pH, necesitaremos la concentración y el volumen de la sustancia que se titula y necesitaremos la concentración y el volumen del titulador agregado en el intervalo de interés. Haremos un poco de estequiometría para averiguar el pH. Nuestro proceso se resume mejor en tres sencillos pasos:
- Determine los moles de cada reactivo presente.
- Determine qué reactivo está en exceso.
- Calcule el pH basándose en la concentración del reactivo en exceso.
Imagine que estamos titulando una muestra de 10 mL de HCl 2 M con KOH 0.5 M y queremos saber el pH después de haber agregado 20 mL de KOH. Sabemos que el HCl y el KOH reaccionan en una proporción de 1: 1 para producir H2O y KCl.
HCl + KOH -> H2O + KCl
Ninguno de estos productos influye en el pH, por lo que no tenemos que considerar su presencia en nuestros cálculos estequiométricos.
Paso uno: determinar el número de moles de cada reactivo presente
El 100% de los iones de hidrógeno provienen del HCl, por lo que debemos determinar la cantidad de moles de HCl en la solución. Para hacer esto, multiplicamos la molaridad de HCl por el volumen de HCl en litros: HCl 2 M x 0.010 L = 0.020 moles de HCl = 0.020 moles de iones H ^ +.
A continuación, determinamos la cantidad de moles de OH ^ – que se han agregado. De manera similar, el 100% de los iones OH ^ – en solución provienen del KOH. Multiplicamos la molaridad de KOH por el volumen que se ha agregado: 0.5 M KOH x 0.020 L = 0.010 moles KOH = 0.010 moles OH ^ -.
Paso dos: determinar qué reactivo está en exceso
Tenemos 0.020 moles de iones H ^ + y 0.010 moles de iones OH ^ -. Estas especies reaccionan en una proporción de 1: 1, lo que nos dejará con iones H ^ + sobrantes. Suponiendo que el 100% del OH ^ – reaccione con los iones H ^ +, quedarán 0.010 moles de iones H ^ +: 0.020 moles H ^ + inicialmente – 0.010 moles que reaccionan con OH ^ – = 0.010 moles H ^ +.
Paso tres: Calcule el pH en función de la concentración de exceso de reactivo
Como sabemos el número de moles de iones H ^ + que permanecerán en la solución, podemos dividir por el volumen total de la solución para determinar la concentración de iones H ^ +, y luego podemos determinar el pH.
- 0.010 moles H ^ + / (0.010 L + 0.020 L) = 0.010 moles / 0.030 L = .33 MH ^ +
- pH = -log (H ^ +) = -log (.33) = .48
¡Ese es nuestro pH!
Resumen de la lección
La titulación es cuando una solución de propiedades conocidas (llamado el valorante se utiliza) para analizar las propiedades de una solución desconocida. Las titulaciones se utilizan a menudo en la química ácido-base para determinar la concentración de una solución desconocida.
Las reacciones de neutralización ocurren cuando los iones de hidrógeno de ácidos fuertes y los iones de hidróxido de bases fuertes reaccionan para producir agua. El punto de equivalencia de una titulación ocurre cuando se encuentran en solución cantidades iguales de iones de hidrógeno e iones de hidróxido. Para ácidos y bases fuertes, el pH en el punto de equivalencia es 7.
La curva de titulación , o un gráfico de pH versus mL de titulante agregado, se puede hacer a partir de los datos de titulación. Las curvas de valoración para ácidos fuertes y bases fuertes tienen pendientes dramáticas. Para determinar la concentración de una incógnita usando datos de titulación, use esta ecuación: (cH ^ +) (VH ^ +) = (cOH ^ -) (VOH ^ -). Asegúrese de que la concentración esté en términos de molaridad, o mol / L, y el volumen en términos de litros.
Para determinar el pH durante la titulación en cualquier otro punto que no sea el punto de equivalencia, siga estos tres pasos:
- Determine los moles de cada reactivo presente.
- Determine qué reactivo está en exceso.
- Calcule el pH basándose en la concentración del reactivo en exceso.
Los resultados del aprendizaje
El contenido de esta lección puede brindarle los conocimientos necesarios para:
- Dar las definiciones de titulación, titulante, reacción de neutralización y punto de equivalencia.
- Realizar una titulación e interpretar una curva de titulación
- Identificar la ecuación para determinar la concentración de una solución desconocida usando datos de titulación.
- Resuma los pasos para determinar el pH de una solución durante la titulación