UNEFM, Ingeniería Química, Química II, Neutraliación

1. UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
FRANCISCO DE MIRANDA
APRENDIZAJE DIALÓGICO INTERACTIVO
UNIDAD CURRICULAR: QUÍMICA II
Prof. Ing. María Gabriela Madrid D.
NEUTRALIZACIÓN
Una reacción de neutralización es una reacción de un ácido y una base para producir una sal más agua.
AguaSalBaseAcido 
Curva de Valoración o titulación: es una representación grafica del pH de una solución en función del volumen de
titulante (mL) adicionado.
Cálculos para construir una curva de titulación:
1. Calcular el pH antes de adicionar titulante (Punto
Inicial)
2. Calcular el pH al adicionar titulante.
3. Calcular el pH en el punto de equivalencia.
4. Calcular el pH luego del punto de equivalencia.
Para una curva de electrolitos débil - fuerte:
Punto de la curva Cálculos para el pH
Punto Inicial:
VTitulante = 0 mL
1.- Calcular el volumen de titulante en el punto de equivalencia.
2.- Construir tabla de equilibrio con la concentración inicial de la solución en
la fiola.
3.- Determinar  
OH3
a partir de la tabla de equilibrio.
4.- Calcular el pH con  
OH3
Al adicionar titulante:
VTitulante ≠ 0 mL
1.- Calcular los moles de ácido y base con la ecuación:
VCmoles *
2.- Construir tabla de equilibrio con los moles de ácido y base.
3.- Calcular la concentración de ácido, base y sal a partir del volumen total,
con las ecuaciones:
BaseAcidoTotal VVV 
TotalV
molesC 
4.- Determinar el pH de la solución con la ecuación de Henderson –
Hasselbalch para una solución amortiguadora.
En el punto de equivalencia:
Moles de ácido = Moles de Base
1.- Calcular los moles de ácido y base.
2.- Calcular la concentración de la sal:
TotalV
molesC 
3.- Escribir reacción de disociación y luego de hidrólisis de la sal.
4.- Construir tabla de equilibrio con reacción de hidrólisis.
5.- Determinar Kh con Kw.
6.- Calcular  
OH3
o  
OH y luego pH.
Después del punto de
equivalencia:
1.- Calcular los moles de ácido y base y construir tabla de equilibrio
2.- Calcular concentración de titulante a partir del volumen total.
3.- Determinar  
OH3
o  
OH y luego pH.

2. Ejercicio:
¿Cuál es el pH en cada uno de los siguientes puntos de la valoración de 25,00 mL de ácido acético
(CH3COOH) 0,100 mol/L con NaOH 0,100 mol/L?
a) Antes de adicionar NaOH.
b) Después de la adición de 10,00 mL de NaOH.
c) Después de la adición de 12,50 mL de NaOH.
d) Después de la adición de 25,00 mL de NaOH.
e) Después de la adición de 26,00 mL de NaOH.
Ka = 1,8×10-5
Solución:
Siguiendo los pasos recomendados para la realización de la curva de un ácido débil con un ácido fuerte:
a) Punto Inicial (antes de adicionar NaOH): VTitulante = 0 mL
1.- Calcular el volumen de titulante en el punto de equivalencia.
Antes de comenzar los cálculos es necesario determinar el volumen de titulante necesario para
alcanzar el punto de equivalencia y determinar las zonas de la curva a la que corresponden los
cálculos solicitados en el ejercicio, para ello consideremos que en el punto de equivalencia los
moles del titulante (NaOH) se igualan a los moles del titulado (CH3COOH):
BaseAcido molesmoles 
   BaseAcido VCVC ** 
 
Base
Acido
Base
C
VC
V
*

  mlL
Lmol
LLmol
VBase 25025,0
/100,0
025,0*/100,0

Este resultado significa que: El punto de equivalencia se alcanza cuando se añade 25 mL de
titulante, cualquier punto antes del volumen de 25,00 mL se considera para los cálculos antes del
punto de equivalencia.
2.- Construir tabla de equilibrio con la concentración inicial de la solución en la fiola.
xxxeq
xxxc
i
COOCHOHOHCOOHCH


 
100,0.
00100,0
3323
3.- Determinar  
OH3
a partir de la tabla de equilibrio.
De acuerdo con la tabla de equilibrio y la constante Ka se tiene que:
   
 
5
2
3
33
108,1
100,0100,0
** 






x
x
x
xx
COOHCH
COOCHOH
Ka
Debido a que el valor de la constante es muy pequeño se puede despreciar a la x que se encuentra
en el divisor, de esta manera se obtiene que:
5
2
108,1
100,0


x
Despejando x se obtiene:
35
103,1100,0*108,1 
x

3. Ya que: x =  
OH3
=1,3×10-3
mol/L
4.- Calcular el pH con  
OH3
Una vez calculado  
OH3
se calcula el pH en el punto inicial.
    89,2103,1loglog 3
3  
OHpH
Este resultado significa que: el pH de la solución ácida antes de adicionar de NaOH es de 2,89.
b) Despuésde adicionar 10,0 mL de NaOH : VTitulante = 10,0 mL
1.- Calcular los moles de ácido y base:
Los moles de ácido y de base se calculan partiendo de la concentración y el volumen de las
soluciones de CH3COOH y NaOH de la siguiente manera:
VCmoles *
  molL
L
mol
VCmoles COOHCHCOOHCH
3
105,2025,0*100,0* 33




  molL
L
mol
VCmoles NaOHNaOH
3
100,1010,0*100,0* 



2.- Construir la tabla de equilibrio:
La tabla de equilibrio una vez comenzada la titulación se realiza a partir de la reacción de
neutralización y los moles de ácido y base:
33
333
33
323
100,10105,1.
100,1100,1100,1
0100,1105,2







eq
c
i
COONaCHOHNaOHCOOHCH
En el cambio los moles de la base son los que se consumen completamente durante la reacción de
neutralización ya que se encuentran en menor cantidad, mientras que hay moles de ácido que
quedan en exceso.
En cuanto a los moles de la sal (CH3COONa), estos se obtienen en la misma proporción que los
que se consume completamente de la base, ya que de acuerdo a la reacción de neutralización
balanceada “por cada mol de NaOH que se consume se producen 1 mol de CH3COONa”.
3.- Calcular la concentración del ácido, base y sal en la solución luego de la titulación:
Una vez que se ha adicionado NaOH a la solución de CH3COOH que se encuentra en la fiola, el
volumen de la solución cambia (a 25,0 mL de ácido se le adicionan 10,0 mL de base), por lo tanto
se deben calcular las nuevas concentraciones del ácido y sal en la solución, para ello
primeramente se determina el volumen total luego de la adición de base:
adicionadoNaOHCOOHCHTotal VVV  3
LmLmLmLVTotal 035,00,350,100,25 

4. Luego se calculan las nuevas concentraciones:
TotalV
molesC 
Lmol
L
mol
C COOHCH /0429,0
035,0
105,1 3
3




Lmol
L
mol
C COONaCH /0286,0
035,0
100,1 3
3




4.- Determinar el pH de la solución a partir de la ecuación de Henderson – Hasselbalch:
Si observas detalladamente la tabla de equilibrio construida en el paso dos con la reacción de
neutralización, verás que en el equilibrio solo quedan parte del ácido y la sal que se formo de la
reacción, es decir, CH3COOH y CH3COONa. Ahora observa además que la sal CH3COONa es
una sal que viene del ácido débil CH3COOH, por lo tanto si la solución está formada por un ácido
débil y una sal del ácido débil estamos en presencia de un buffer ácido o solución amortiguadora
ácida, por ello se justifica la utilización de la ecuación de Henderson – Hasselbalch para calcular
el pH antes del punto de equivalencia:
 
 Ácido
Sal
pKapH log
 
 COOHCH
COONaCH
KapH
3
3
loglog 
   
 
  56,4176,074,4
0429,0
0286,0
log108,1log 5
 
pH
Este resultado significa que: el pH de la solución al adicionar 10,0 mL de NaOH aumenta hasta
4,56.
c) Despuésde adicionar 12,5 mL de NaOH : VTitulante = 12,5 mL
Una vez más, al adicionar 12,5 mL de titulante nos encontramos en un punto de la curva antes del
punto de equivalencia, por lo tanto seguimos los pasos descritos en la parte b) del ejercicio:
1.- Calcular los moles de ácido y base:
Los moles de ácido siguen siendo 2,5×10-5
ya que el volumen de la solución ácida contenida en la
fiola no cambia, solo varía el del NaOH que se adiciona durante la titulación:
  molL
L
mol
VCmoles NaOHNaOH
3
1025,10125,0*100,0* 



2.- Construir la tabla de equilibrio:
A partir de la reacción de neutralización y los moles de ácido y base:

5. 33
333
33
323
1025,101025,1.
1025,11025,11025,1
01025,1105,2







eq
c
i
COONaCHOHNaOHCOOHCH
3.- Calcular la concentración del ácido, base y sal en la solución luego de la titulación:
Se determina como primer paso el volumen total luego de la adición de 12,5 mL de base:
adicionadoNaOHCOOHCHTotal VVV  3
LmLmLmLVTotal 0375,05,375,120,25 
Luego se calculan las nuevas concentraciones:
TotalV
molesC 
Lmol
L
mol
C COOHCH /0333,0
0375,0
1025,1 3
3




Lmol
L
mol
C COONaCH /0333,0
0375,0
1025,1 3
3




4.- Determinar el pH de la solución a partir de la ecuación de Henderson – Hasselbalch:
 
 COOHCH
COONaCH
KapH
3
3
loglog 
   
 
  74,4074,4
033,0
0333,0
log108,1log 5
 
pH
Este resultado significa que: el pH de la solución al adicionar 12,5 mL de NaOH aumenta hasta
4,74.
Los pH de los puntos de la curva antes de alcanzar el punto de equivalencia se calculan de la
misma manera.
d) Despuésde adicionar 25,0 mL de NaOH : VTitulante = 25,0 mL
Recordemos que en la parte a) del ejercicio, en el paso numero 1 se determino que el volumen de
NaOH necesario para alcanzar el punto de equivalencia es de 25,0 mL, por lo tanto en esta parte
hemos alcanzado el punto de equivalencia y todo el CH3COOH se neutraliza al adicionar los 25,0
mL de base,tal como veremos a continuación:
1.- Calcular los moles de ácido y base y construir la curva de equilibrio:
Los moles de ácido son: molmoles COOHCH
3
105,23


  molL
L
mol
VCmoles NaOHNaOH
3
105,2025,0*100,0* 




6. 3
333
33
323
105,200.
105,2105,2105,2
0105,2105,2







eq
c
i
COONaCHOHNaOHCOOHCH
En este punto de la curva, los moles de ácido y base son equivalente (por eso se le conoce a este
punto como punto de equivalencia) por lo cual se consumen completamente, obteniéndose
únicamente moles de la sal CH3COONa.
2.- Calcular la concentración de la sal:
A partir del volumen total de la solución de la fiola una vez adicionados 25,0 mL de NaOH:
adicionadoNaOHCOOHCHTotal VVV  3
LmLmLmLVTotal 050,00,500,250,25 
Luego se calculan las nuevas concentraciones:
TotalV
molesC 
Lmol
L
mol
C COONaCH /050,0
050,0
105,2 3
3




3.- Escribir la reacción de disociación y de hidrólisis de la sal:
De la reacción de neutralización, en el punto de equivalencia se obtiene solo la sal CH3COONa la
cual es una sal que viene del ácido débil CH3COOH, entonces dicha sal se hidroliza, es decir, una
vez que la sal se disocia, el ión acetato CH3COO-
que proviene del ácido reacciona con el agua y
esto se describe de la siguiente manera:
 Reacción de disociación de la sal:
LmolLmolLmol
COOCHNaCOONaCH
/050,0/050,0/050,0
33


 Reacción de hidrólisis:

 OHCOOHCHOHCOOCH 323
4.- Construir la tabla de equilibrio con la reacción de hidrólisis:
xxxeq
xxxc
Lmoli
OHCOOHCHOHCOOCH


 
050,0
00/050,0
323
5.- Determinar la constante de hidrólisis Khb de la sal con Kw:
La constante de hidrólisis de una sal ácida se calcula a partir de la constante del ácido del cual
proviene, en este caso utilizaremos la constante del CH3COOH (Ka = 1,8×10-5
). Para el cálculo se
utiliza la siguiente relación:
KwKhbKa *

7. 10
5
14
1056,5
108,1
100,1 






Ka
Kw
Khb
6.- Calcular  
OH3
o  
OH y luego pH:
Se construye primeramente la expresión de la constante de equilibrio a partir de la reacción de
hidrólisis luego con los resultados obtenidos en la tabla de equilibrio de la reacción de hidrólisis
se sustituye en Khb para el cálculo  
OH , de la siguiente manera:
   
 
10
2
3
3
1056,5
050,0050,0
** 







x
x
x
xx
COOCH
OHCOOHCH
Kha
Debido a que el valor de la constante es muy pequeño se puede despreciar a la x obteniendose
que:
10
2
1056,5
050,0


x
Despejando x se obtiene:
610
1027,5050,0*1056,5 
x
Ya que: x =  
OH =5,27×10-6
mol/L
    28,51027,5loglog 6
 
OHpOH
72,828,51414  pOHpH
Este resultado significa que: el pH de la solución en el punto de equivalencia es de 8,72 (pH
básico).
e) Después de adicionar 26,0 mL de NaOH : VTitulante = 26,0 mL
Al adicionar 26,0 mL de titulante hemos pasado el punto de equivalencia, por cual los pasos a
seguir para el cálculo del pH en este punto corresponden a los pasos luego del punto de
equivalencia.
1.- Calcular los moles de ácido y base y construir la tabla de equilibrio:
Los moles de ácido son: molmoles COOHCH
3
105,23


  molL
L
mol
VCmoles NaOHNaOH
3
106,2026,0*100,0* 



34
333
33
323
105,2100,10.
105,2105,2105,2
0106,2105,2







eq
c
i
COONaCHOHNaOHCOOHCH

8. 2.- Calcular la concentración titulante a partir del volumen total:
En la tabla de equilibrio se puede observar que la solución contiene ahora NaOH y la sal
CH3COONa, sin embargo debido a que la constante de hidrólisis de la sal es muy pequeña
(×10-10
) el aporte en la formación del  
OH debida a la hidrólisis no es significativo respecto del
producido por la disociación del NaOH que es una base fuerte, por lo tanto, luego del punto de
equivalencia el pH se calcula únicamente con la cantidad de la base que queda luego de la
reacción, considerando el volumen total de la solución:
adicionadoNaOHCOOHCHTotal VVV  3
LmLmLmLVTotal 051,051260,25 
Luego se calculan la concentración del NaOH:
Lmol
L
mol
CNaOH /1096,1
051,0
100,1 3
4





3.- Determinar  
OH y luego el pH:
Ya que el NaOH es una base fuerte se disocia completamente:
LmolLmolLmol
OHNaNaOH
/1096,1/1096,1/1096,1 333 



Entonces:  
OH =1,96×10-3
mol/L
Luego se calcula el pH de la solución:
    70,21096,1loglog 3
 
OHpOH
30,1170,21414  pOHpH
Este resultado significa que: el pH de la solución al adicionar 26,0 mL de NaOH, es decir luego
del punto de equivalencia, aumentó hasta 11,30.
Los pH de los puntos de la curva después de alcanzar el punto de equivalencia se calculan de la
misma manera.
NOTA:
Nótese que el pH a medida que se va adicionando la base va aumentando, esto es debido a que el ácido
titulado se va neutralizando, por lo tanto en la curva, el pH al inicio de la titulación es bajo (ácido) y a
medida que se adiciona la base se vuelve básico.