Proyecto de ciencias - · PDF fileAmarillo de Metilo Rojo Amarillo 2,9 - 4,0 Anaranjado de...

ANÁLISIS VOLUMÉTRICO

Análisis Volumétrico

Sol. de conc. exactamente

conocida

Soluciones patrones

mC + nR Cm Rn

Reacción cuantitativa

Pto. Equivalencia

Medición exacta de Volumen

Valoración o Titulación

Directa Retroceso

Análisis Volumétrico

Sol. Valorante

(Sol. Patrón)

Bureta

Fiola

Sol. Valorada

(Sol. Problema)

PUNTO DE EQUIVALENCIA,

PUNTO FINAL Y ERROR

DE TITULACIÓN

Análisis Volumétrico

mC + nR Cm Rn

Reacción cuantitativa

Pto. equivalencia

Pto. final pH Indicadores Curvas de valoración

Error de titulación

Requisitos de la Reacción

Rápida

Sencilla

Cuantitativa

Disponer de un método

para determinar Pto. Final

satisfactoriamente.

Posibilidad de preparar

con el reactivo una sol.

Patrón. pH

Sol. valorante

Vol. Pto. Final

¿CÓMO SE CLASIFICAN

LOS MÉTODOS

VOLUMÉTRICOS?

1) Por Combinación de Iones

a) Neutralización

HCl + NaOH NaCl + H2O

b) Precipitación

Ag+ + Cl- AgCl

c) Formación de complejos

Ag+ + 2CN- [Ag(CN)2] - 1

2) Por Transferencia

de Electrones

Óxido - Reducción

MnO4- + 5Fe+2 + 8H+ Mn+2 + 5Fe+3 + 4H2O

Valoración por

Neutralización

OH- + H+ H2O

Acidimetría Alcalimetría

Pto. de Equivalencia

molc ácido = molc base

AF-BF AD-BF AF-BD AD-BD

pH = 7 pH > 7 pH < 7 pH >7

=7

< 7

Métodos para determinar el Punto Final

Reactivo autoindicador:

Ej: MnO4- + 5Fe+2 + 8H+ Mn2+ + 5Fe+3 + 4H2O

Uso de sustancias indicadoras.

2.- Por la medida de una propiedad que cambia durante la valoración:

Vol. Pto. Final Vol. Pto. Final

E (

vo

ltio

s)

f.e

.m.

Sol. valorante Sol. valorante

pH

1.- Por Observación visual

INDICADORES ÁCIDO-BASE

Y SU SELECCIÓN

Indicadores Ácido-Base

Color “A” Color “B”

HIn + H2O H3O + In- +

Color “B” Color “A”

In + H2O HIn + OH-

Intervalo de Viraje

Rango de pH dentro del cual se

produce el cambio de color.

pH = pKa 1

CURVAS DE VALORACIÓN

ÁCIDO- BASE

Curva de valoración

Representación gráfica de una variable relacionada con la concentración de analito o reactivo en función del volumen de agente valorante

Pueden ser sigmoidales ó de segmento lineal

pH

Sol. valorante

Vol. Pto. Final

Importancia curvas

de valoración

1) Determinación del punto final

2) Evaluar la factibilidad de la titulación

3) Seleccionar el mejor indicador

4) Exactitud de la titulación

Curvas de valoración

ácido fuerte-base fuerte

Consideremos valoración 50,0 mL HCl 0,1Mc con NaOH 0,1Mc

NaOH

0,1M

HCl 0,1M

50 mL

1º Punto: 50 mL HCl 0,1 Mc + 0 mL NaOH 0,1Mc

HCl H+ + Cl- Ca

Ca Ca

Ca = 0,1 Mc

[H+] = Ca = 0,1 Mc

pH = -log[H+] = -log (0,1)

pH = 1

2º Punto: 50 mL HCl 0,1 Mc + 25 mL NaOH 0,1Mc

Ca = 2,5 mmolc = 0,033 Mc 75 mL

[H+] = Ca = 0,033 Mc

pH = -log[H+] = -log (0,033)

pH = 1,48

HCl + NaOH NaCl + H20 5mmolc 2,5mmolc

2,5 mmolc 2,5 mmolc 2,5 mmolc 0 mmolc

2,5 mmolc HCl 2,5 mmolc NaCl

75 mL gobierna el pH

HCl H+ + Cl- Ca

Ca Ca

3º Punto: 50 mL HCl 0,1 Mc + 50 mL NaOH 0,1Mc

HCl + NaOH NaCl + H20 5mmolc 5 mmolc

5 mmolc 5 mmolc 0 mmolc 0 mmolc

5 mmolc NaCl / 100 mL Sal Neutra pH = 7,0

4º Punto: 50 mL HCl 0,1 Mc + 51 mL NaOH 0,1Mc

Cb = 0,1 mmolc = 9,9x10-4 Mc 101 mL

[OH-] = Cb = 9,9x10-4 Mc

pOH = -log[OH-] = -log (9,9x10-4)

pOH = 3,00

HCl + NaOH NaCl + H20 5mmolc 5,1mmolc

5 mmolc 5 mmolc 0 mmolc 0,1 mmolc

0,1 mmolc NaOH 5 mmolc NaCl

101 mL gobierna el pH

NaOH Na+ + OH- Cb

Cb Cb

pH + pOH = 14

pH = 14 – pOH = 14 – 3,00

pH = 11,00

ml HCl ml NaOH pH Error de Titulación

0,1 N Mol c/l 0,1 Mol c/l 1 0,1 0,001

50 0,00 0,00 1,00 2

50 10,00 0,18 1,18 2,18

50 20,00 0,37 1,37 2,37

50 30,00 0,60 1,60 2,6 40%

50 40,00 0,95 1,95 2,95 20%

50 49,00 1,99 2,99 3,99 2,00%

50 49,90 3,00 4,00 5 0,20%

50 49,95* 3,30 4,30* 5,3 0,10%

50 49,99 4,00 5,00 6 0,02%

50 50,00 7,00 7,00 7 0

50 50,05* 10,78 9,68* 8,68 0,10%

50 50,10 11,00 10,00 9 0,20%

50 51,00 12,00 11,00 10 2,00%

Límite

de

Error

Intervalos de Viraje de Indicadores

Curva de valoración de reacciones

Ácido Fuerte-Base Fuerte

Curva de Valoración Ácido Fuerte – Base Fuerte

Volumen de NaOH (ml) Titulación de 50 ml HCl (0,1 Mc) contra NaOH (0,1 Mc)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

0 10 20 30 40 50 60

Punto final

gobernada por la base fuerte

gobernada por el ácido fuerte

Selección del Indicador

Indicador Color Intervalo de

Viraje pH Ácido Básico

Azul de Timol Rojo Amarillo 1,2 - 2,8

Amarillo de Metilo Rojo Amarillo 2,9 - 4,0

Anaranjado de Metilo Rojo Amarillo 3,1 - 4,4

Anaranjado 4,2 - 6,2

Rojo de Metilo Rojo Amarillo 4,2 - 6,3

Azul de Bromo Timol Amarillo Azul 6,2 - 7,6

Rojo Fenol Amarillo Rojo 6,8 - 8,4

Azul de Timol Amarillo Azul 8,0 - 9,6

Fenolftaleína Incoloro Violeta 8,0 - 9,6

ml HCl ml NaOH pH Error de Titulación

0,1 N Mol c/l 0,1 Mol c/l 1 0,1 0,001

50 0,00 0,00 1,00 2

50 10,00 0,18 1,18 2,18

50 20,00 0,37 1,37 2,37

50 30,00 0,60 1,60 2,6 40%

50 40,00 0,95 1,95 2,95 20%

50 49,00 1,99 2,99 3,99 2,00%

50 49,90 3,00 4,00 5 0,20%

50 49,95* 3,30 4,30* 5,3 0,10%

50 49,99 4,00 5,00 6 0,02%

50 50,00 7,00 7,00 7 0

50 50,05* 10,78 9,68* 8,68 0,10%

50 50,10 11,00 10,00 9 0,20%

50 51,00 12,00 11,00 10 2,00%

Límite

de

Error

Intervalos de Viraje de Indicadores

Curva de valoración de reacciones

Ácido Fuerte-Base Fuerte

Curvas de valoración

ácido débil-base fuerte

Valoración 50,0 mL CH3COOH 0,1Mc con NaOH 0,1Mc

NaOH

0,1M

CH3COOH 0,1M

50 mL

1º Punto: 50 mL CH3COOH 0,1 Mc + 0 mL NaOH 0,1Mc

pH = -log[H+] = -log (1,34x10-3)

pH = 2,87

CH3COOH CH3COO- + H+ Ca

x x Ca - x

Ka = x . x = x2

Ca-x Ca x = √ Ka . Ca

x = [H+] =√ 1,8x10-5 . 0,1 = 1,34x10-3

2º Punto: 50 mL CH3COOH 0,1 Mc + 25 mL NaOH 0,1Mc

Ca = 2,5 mmolc = 0,033 Mc 75 mL

CH3COOH + NaOH CH3COONa + H20 5 mmolc 2,5mmolc

2,5 mmolc 2,5 mmolc 2,5 mmolc 0 mmolc

2,5 mmolc CH3COOH 2,5 mmolc CH3COONa

75 mL Solución reguladora

CH3COOH CH3COO- + H+ Ca

Ca - x x x

CH3COONa CH3COO- + Na+ Cs

0 Cs Cs

pH = -log[H+] = -log (1,8x10-5)

pH = 4,74

Ka = (Cs +x) . x = Cs . x

Ca - x Ca x = Ka . Ca Cs

x = [H+] = 1,8x10-5 . 0,033 = 1,8x10-5

0,033

Cs = 2,5 mmolc = 0,033 Mc 75 mL

3º Punto: 50 mL CH3COOH 0,1 Mc + 49,95 mL NaOH 0,1Mc

Ca = 0,005 mmolc = 5x10-5 Mc 99,95 mL

CH3COOH + NaOH CH3COONa + H20 5 mmolc 4,995 mmolc

4,995 mmolc 4,995 mmolc 0,005 mmolc 0 mmolc

0,005 mmolc CH3COOH 4,995 mmolc CH3COONa

99,95 mL Solución reguladora

CH3COOH CH3COO- + H+ Ca

Ca - x x x

CH3COONa CH3COO- + Na+ Cs

0 Cs Cs

pH = -log[H+] = -log (1,8x10-8)

pH = 7,75

Ka = (Cs +x) . x = Cs . x

Ca - x Ca x = Ka . Ca Cs

x = [H+] = 1,8x10-5 . 5x10-5 = 1,8x10-8

0,049

Cs = 4,995 mmolc = 0,049 Mc 99,95 mL

4º Punto: 50 mL CH3COOH 0,1 Mc + 50 mL NaOH 0,1Mc

CH3COOH + NaOH CH3COONa + H20 5 mmolc 5mmolc

5 mmolc 5 mmolc 0 mmolc 0 mmolc

5 mmolc CH3COONa

100 mL Sal que hidroliza

CH3COONa CH3COO- + Na+ Cs

0 Cs Cs

CH3COO- + HOH CH3COOH + OH-

pOH = -log[OH-] = -log (5,26x10-6) = 5,27

pH = 14 – pOH = 14 – 5,27 = 8,73

Kh = [CH3COOH].[OH-]

[CH3COO-]

[OH-] = √ (Kw/Ka). Cs = √ (1x10-14 / 1,8x10-5 ) . 0,05 = 5,26x10-6

Cs = 5 mmolc = 0,05 Mc 100 mL

Kw = [OH-]2

Ka [CH3COO-]

5º Punto: 50 mL CH3COOH 0,1 Mc + 50,05 mL NaOH 0,1Mc

Cb = 0,005 mmolc = 9,9x10-4 Mc 100,05 mL

[OH-] = Cb = 4,99x10-5 Mc

pOH = -log[OH-] = -log (4,99x10-5)

pOH = 4,30

CH3COOH + NaOH CH3COONa + H20 5mmolc 5,005 mmolc

5 mmolc 5 mmolc 0 mmolc 0,005 mmolc

5 mmolc CH3COONa 0,005 mmolc NaOH

100,05 mL gobierna el pH

NaOH Na+ + OH- Cb

Cb Cb

pH + pOH = 14

pH = 14 – pOH = 14 – 4,30

pH = 9,70

Curva de Valoración Ácido Débil – Base Fuerte

mL CH3COOH

0,1Mc

mL NaOH

0,1Mc

pH

Error de titulación

50 0,00 2,87

50 10,00 4,14

50 20,00 4,57

50 30,00 4,92

50 40,00 5,35

50 49,00 6,43 2,00%

50 49,90 7,44 0,20%

50 49,95* 7,76* 0,10%

50 49,99 8,44 0,02%

50 50,00 8,72 0

50 50,01 9,00 0,02%

50 50,05* 9,70* 0,10%

50 50,10 10,00 0,20%

50 51,00 11,00 2,00%

Límite

de

Error

Curva de Valoración Ácido Débil – Base Fuerte

Volumen de NaOH (ml)

Titulación de 50 ml CH3COOH (0,1 Mc) contra NaOH (0,1 Mc)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

0 10 20 30 40 50 60

gobernada por la sol. reguladora

Punto final

gobernada por la base fuerte

Selección del Indicador

Indicador Color Intervalo de

Viraje pH Ácido Básico

Azul de Timol Rojo Amarillo 1,2 - 2,8

Amarillo de Metilo Rojo Amarillo 2,9 - 4,0

Anaranjado de Metilo Rojo Amarillo 3,1 - 4,4

Anaranjado 4,2 - 6,2

Rojo de Metilo Rojo Amarillo 4,2 - 6,3

Azul de Bromo Timol Amarillo Azul 6,2 - 7,6

Rojo Fenol Amarillo Rojo 6,8 - 8,4

Azul de Timol Amarillo Azul 8,0 - 9,6

Fenolftaleína Incoloro Violeta 8,0 - 9,6

Curva de Valoración Ácido Débil – Base Fuerte

mL CH3COOH

0,1Mc

mL NaOH

0,1Mc

pH

Error de titulación

50 0,00 2,87

50 10,00 4,14

50 20,00 4,57

50 30,00 4,92

50 40,00 5,35

50 49,00 6,43 2,00%

50 49,90 7,44 0,20%

50 49,95* 7,76* 0,10%

50 49,99 8,44 0,02%

50 50,00 8,72 0

50 50,01 9,00 0,02%

50 50,05* 9,70* 0,10%

50 50,10 10,00 0,20%

50 51,00 11,00 2,00%

Límite

de

Error

Curva de Valoración Ácido Fuerte – Base Fuerte

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

0 10 20 30 40 50 60

Intervalo de transición de la

fenolftaleína (8,0 – 9,6)

Intervalo de transición del

azul de bromotimol (6,2 – 7,6)

Intervalo de transición del

naranja de metilo (3,1 – 4,4)

Curvas de Valoración Ácido Fuerte – Base Fuerte ( ) Ácido Débil – Base Fuerte ( )

Volumen de NaOH (ml)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

0 10 20 30 40 50 60

Diferencias entre las curvas

acido fuerte-base fuerte y

ácido débil-base fuerte

a) Cuando el volumen de ag. valorante es cero, el pH es mayor en la curva AD-BF, porque el ácido débil está parcialmente disociado

b) Los puntos de equivalencia son diferentes, ya que en la AF-BF se forma una sal neutra, mientras que en la AD-BF se forma una sal básica que aumenta el pH

c) Después del punto de equivalencia las curvas se hacen iguales, porque el pH está gobernado por la base fuerte

d) El salto del pH es menor en la curva AD-BF, lo que limita la selección de los indicadores