informe de laboratorio n°4-equilibrio iónico

Laboratorio N4 Universidad Nacional de Ingeniera

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA FACULTAD DE INGENIERA INDUSTRIAL Y DE

SISTEMAS

QUMICA INDUSTRIAL I

EQUILIBRIO IONICO EN SOLUCIONES ACUOSAS

Cosquillo Quispe, Mijael 20142502K

Garcs Timoteo, Antony 20141067I

Huamanyauri Huamn, Renzo 20141033G

Lima, junio 1 del 2015


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OBJETIVO

- Realizar el estudio de un aspecto muy importante en el equilibrio heterogneo; que

se refiere a sales poco solubles.

- Determinar el pH de soluciones acuosas empleando indicadores cido-bsicos y de

soluciones que se hidrolizan.

- Determinar la concentracin de cidos y bases por volumetra.

FUNDAMENTO TERICO

SALES POCO SOLUBLES

Una de las aplicaciones ms sencillas en un equilibrio qumico es el hallar la concentracin

de una sal poco soluble. Por ejemplo, si tomamos la disociacin del cloruro de plata en un

medio acuoso, tenemos lo siguiente:

() + ()

+ ()

Donde, al ser alcanzado el equilibrio, se llega que se ha disuelto slo 1,67 x 10-5 mol.

Aunque esta cifra pueda parecer insignificante para uno, este valor puede ser de gran

importancia dentro de un laboratorio. Por esta razn, es de inters encontrar las solubilidades


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de distintas sales mediante expresiones cuantitativas. Para ello, procederemos a determinar

la constante de producto de solubilidad:

= [() ] [()

+ ]

TITULACIN CIDO-BASE

Una valoracin cido-base (tambin llamada volumetra cido-base, titulacin cido-base o

valoracin de neutralizacin) es una tcnica o mtodo de anlisis cuantitativo muy usada,

que permite conocer la concentracin desconocida de una disolucin de una sustancia que

pueda actuar como cido neutralizada por medio de una base de concentracin conocida, o

bien sea una concentracin de base desconocida neutralizada por una solucin de cido

conocido .1 Es un tipo de valoracin basada en una reaccin cido-base o reaccin de

neutralizacin entre el analito (la sustancia cuya concentracin queremos conocer) y la

sustancia valorante. El nombre volumetra hace referencia a la medida del volumen de las

disoluciones empleadas, que nos permite calcular la concentracin buscada.

Aparte del clculo de concentraciones, una valoracin cido-base permite conocer el grado

de pureza de ciertas sustancias.

VIOLETA DE METILO

Propiedades y caractersticas:


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En su forma pura, el tetrametilada aparece cristales de color azul-verde como brillantes que

se funden a 137 C.

Violeta de Metilo son solubles en agua, etanol, dietilenglicol y dipropilenglicol.

Especficamente, violeta de metilo 6B es soluble en agua a 2,93% y 15: 21% soluble en

etanol.

Violeta de Metilo no debe confundirse con metilo azul o azul de metileno, otros dos

colorantes.

Usos:

Violeta de metilo 2B se utiliza como un indicador qumico para el pH a prueba los intervalos

de pH de 0 a 1,0. En el cido extremo de su rango de medicin, toma un color amarillo. En

alcalina, se convierte en violeta azulado. Violeta de Metilo puede proporcionarse como papel

de prueba de pH, o se puede suministrar en forma de cristales puros y se disuelve en la

muestra a ensayar.

Violeta cristal se utiliza en el rango de 0 a 1,8, mientras que tambin se convierte de amarillo

a azul.

En la medicina, violeta de metilo 10B se conoce como violeta de genciana y es el ingrediente

activo en la tincin de Gram, que se utiliza para clasificar las bacterias. Violeta de genciana

destruye las clulas, y se utiliza en desinfectantes intensidad moderada externo. La violeta de

genciana es muy venenoso para la mayora de los animales, perros y gatos incluido; no debe

ser utilizado para desinfecto la piel de estos animales.


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Violeta de metilo tambin tiene la capacidad de unirse al ADN. As que en las ciencias

biomdicas, que se utiliza para los ensayos de viabilidad celular. La unin al ADN tambin

pueden causar interrupciones en el proceso de replicacin de ADN, que pueden conducir a

mutaciones y cncer.

Por lo general, se formula para su uso como una gama violeta de metilo como indicador de

pH de una solucin 0,01-0,05% m / v gama de cristal violeta como una solucin de 0,02% w

/ v en agua.

ANARANJADO DE METILO

Naranja de metilo es un colorante azoderivado, con cambio de color de rojo a naranja-

amarillo entre pH 3,1 y 4,4. El nombre del compuesto qumico del indicador es sal sdica de

cido sulfnico de 4-Dimetilaminoazobenceno. Se empez a usar como indicador qumico

en 1878.

En la actualidad se registran muchas aplicaciones desde preparaciones farmacuticas,

colorante de teido al 5%, y determinante de la alcalinidad del fango en procedimientos

petroleros. Tambin se aplica en citologa en conjunto con la solucin de Fuschin. Tambin

es llamado heliantina.


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MATERIALES

Experimento N1

- 2 tubos de ensayo de 12x100.

- 1 Erlenmeyer de 250mL.

- 1 bureta de 25mL.

- NaCl, xM; K2CrO4, 1M; AgNO3, 0.01N.

Experimento N2

- 10 tubos de ensayo 13x100

- 1 pipeta de 10mL

- 1 probeta de 25mL

- HCl, 0.1M

- Violeta de metilo

- Anaranjado de metilo

Experimento N3

- 2 tubos de prueba 13x100

- 1 probeta de 25mL

- HCl, xM

- Violeta de metilo


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- Anaranjado de metilo

Experimento N4

- Erlenmeyer de 250 ml

- Pipeta

- cido actico, CH3COOH(concentracin desconocida)

- NaOH, 0.1 M

- Indicador anaranjado de Metilo

- Fenoltalena


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PROCEDIMIENTOS

Experimento N1

- Vierta 1mL de NaCl, xM, em um tubo de ensayo y 1mL de K2CrO4 em outro. Anote

el color de cada solucin, aada unas gotas de AgNO3, 0.01N, a cada solucin.

Observe cuidadosamente lo ocurrido y tome nota.

- Con una pipeta, vierta a un Erlenmeyer 10mL de solucin de NaCl, xM. Adale 2

gotas de cromato de potasio (20 gotas es aproximadamente 1cm3) cuya concentracin

est indicada en el frasco empleado.

- Coloque en su bureta 10mL de AgNO3, 0.01N, y deje caer lentamente a la solucin

anterior (gota a gota). Agite convenientemente el tubo de ensayo.

Observar que inicialmente se produce un precipitado blanco. Contine aadiendo

gotas de AgNO3, agitando suavemente el tubo hasta que se produzca un cambio

permanente de color; en este momento anote el volumen gastado.


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Gotas de

AgNO3, 0.01N

1mL

NaCl, xM

1mL

K2CrO4, 1M

10mL

NaCl, xM

10mL

AgNO3

0.01N 2 gotas

K2CrO4, 1M


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Experimento N2

- Tome 5mL de HCl, 0.1M, em um tubo de ensayo de 13x100 que este limpio y seco.

Como el cido flerte se puede suponer completamente ionizado em esta solucin

diluda. Rotule este tubo como [H+]=0.1M.

- Prepare 5mL de HCl, 0.01M, para lo cual tome 0.5mL de HCl, 0.1M, y pipetee

4.5mL de H2O destilada. Mezcle perfectamente esta nueva solucin y rotule este

tubo como [H+]=0.01M,



tubo como [H+]=0.001M.



tubo como [H+]=0.0001M.

- Divida en dos partes el contenido de los tubos de concentracin 0.1, 0.01, 0.001 y

0.0001 M. A la primera serie aada 2 gotas de violeta de metilo y a los de la segunda

serie, aada 2 gotas de anaranjado de metilo.

- Anote los colores observados en cada solucin para las distintas concentraciones

haciendo uso de marcadores de color o de otro modo.

- Conserve todos los tubos para el siguiente experimento. La notacin [H+] reemplaza

a la notacin [H3O+].


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Experimento N3

- Mida 5mL de la solucin cida desconocida xM en su probeta.

- Divdala en partes iguales en dos tubos pequeos.

- Aada 2 gotas de anaranjado de metilo a uno y 2 gotas de violeta de metilo al otro.

- Compare los colores de estas dos soluciones con los colores de las otras 2 seres series

preparadas anteriormente.

- Anote la concentracin del ion hidrgeno [H+] de la solucin desconocida

En el primer tubo de ensayo se coloca 5 ml De

HCl a 1 M

En el segundo tubo agregar 0.5 ml de la solucion del

anterior tubo, luego pipetear 4.5ml de agua

destilada

Realizar el mismo procedimiento para el 3er y

4to tubo


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Experimento N4

- Mida con su pipeta 10mL de CH3COOH, xM. Virtalo en un Erlenmeyer; agrguele

20mL de agua destilada y 2 gotas de indicador de anaranjado de metilo.

- Llene su bureta con NaOH (solucin titulante de concentracin 0.1M) y djela caer

lentamente en el Erlenmeyer de la parte anterior agitando continuamente el

Erlenmeyer. Observe cualquier cambio de color en la solucin. En el instante en que

se produzca un cambio permanente anote el volumen de NaOH gastado.

- Realice nuevamente la titulacin para obtener un resultado ms exacto.

- Repita los pasos anteriores, utilizando en lugar de anaranjado de metilo el indicador

fenolftalena.

comparar la solucion acida desconocida con anaranjado de

metilo

comparar la solucion acida desconocida con violeta de

metilo

observar la intensidad de color


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Medir con una pipeta 10ml de CH3COOH xM verterlo

en el erlemeyer y agregarle 2 gotas de anrrajando de metilo

Agregar dos gotas de anaranjado de metilo

Llenar en la bureta NaOH 0.1 M y dejarlo cer lentamente

en el erlemeyer agitando este hasta que se note un cambio

de color permanente.


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CLCULOS

Experimento N1

Ecuaciones:

() + ()

+ () = 1.7 1010

4()= + 2()

+ 24() = 2.2 1012

Operamos:

= [() ] [()

+ ] = 1.7 1010

[+] =

[]= 1.7 109 (1)

= [4()= ] [()

+ ]2

= 2.2 1012

[+] =

[4=]

= 1.48 106 (2)

De ah se deduce que el anin CrO4= necesita ms ion Ag+ para precipitar. 3 = 10

[] =3 0.01

10= 0.01

Luego:

=+


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=0.01 10

10= 0.01

Experimento N2

Grupo de tubos: A

SUSTANCIA: HCl INDICADOR: VIOLETA DE METILO

N TUBO CONCENTRACIN (M) COLOR A1 0.1 Celeste claro A2 0.01 Azul claro A3 0.001 Lila A4 0.0001 Lila ms claro que 3

Grupo de tubos: B

SUSTANCIA: HCl INDICADOR: ANARANJADO DE METILO

N TUBO CONCENTRACIN (M) COLOR B1 0.1 Rojo claro B2 0.01 Rojo ms claro que 1 B3 0.001 Rojo ms claro que 2 B4 0.0001 Naranja claro

Debemos tener en cuenta que estos clculos son principalmente CUALITATIVOS y de la

expresin matemtica para calcular el pH:

Grupo de tubos: A N TUBO pH COLOR A1 1 Celeste claro A2 2 Azul claro A3 3 Lila A4 4 Lila ms claro que 3

Grupo de tubos: B

N TUBO pH COLOR B1 1 Rojo claro B2 2 Rojo ms claro que 1 B3 3 Rojo ms claro que 2 B4 4 Naranja claro


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Experimento N3

Tomando en cuenta los colores del contenido de los tubos de ensayo del experimento N2

planteamos:

Grupo de tubos: A

SUSTANCIA: HCl INDICADOR: VIOLETA DE METILO N TUBO COLOR

A5 Entre el tubo A1 y A2 Grupo de tubos: B

SUSTANCIA: HCl INDICADOR: ANARANJADO DE METILO

N TUBO COLOR B5 Entre el tubo A1 y A2

Tambin en este experimento debemos tener en cuenta que estos clculos son principalmente

CUALITATIVOS y de la expresin matemtica para calcular el pH:

Grupo de tubos: A

N TUBO COLOR pH A5 (el tubo del medio) Celeste cristalino 1-2


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Grupo de tubos: B N TUBO COLOR pH B5 (el tubo del medio) Rojo claro 1-2

Experimento N4

En la titulacin se da la siguiente reaccin:

CH3COOH+NaOH CH3COONa+H2O

Del experimento se obtuvo:

Volumen usado de NaOH =2 ml

El cambio en el anaranjado de metilo se da cuando el pH supera el 4

4= -log([H])

[H]=10-4

REEMPLAZANDO EN LA REACCION


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CH3COOH H++CH3COO-

Al inicio n --- ---

Cambio -x +x +x

En el equil. n-x x x

Donde: Ka=1.8x10-5 (tabla 15.5 (pg. 657)- Raymond Chang)

Ka =[][3]

[3]

1.8x10-5=X2/[CH3COOH] X= 10-4

[CH3COOH]=5.6*10-4

Esto proviene de la parte del cido que no fue consumido esto multiplicado por el volumen

total que es 32 ml = 1.8*10-2milimoles

En la titulacin se us 2 ml entonces:

2ml*0.1M=0.2 milimoles

Esto equivale a la cantidad de cido que fue utilizado entonces fue utilizado en total 0.218

milimoles esto entre 10 ml =0.0218 M


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OBSERVACIONES

Experimento N1

Sustancia Color

NaCl Incoloro

K2CrO4 Amarillo opco

NaCl+ AgNO3 Turbio

K2CrO4+ AgNO3 Rojizo

Volumen gastado de AgNO3 10mL

- Al aadir AgNO3 a la solucin de NaCl se torna turbia la solucin, que luego

precipita, indicando la formacin del AgCl en estado slido.

- Al aadir AgNO3 a la solucin de K2CrO4 se torna color rojizo la solucin,

indicando al formacin del Ag2CrO4 en estado slido

- Al aadir gota a gota el AgNO3, a travs de una bureta, al matraz que contiene NaCl

con dos gotas de K2CrO4 se necesita 10 mL de AgNO3 para que la solucin cambie

completamente de color(blanco).


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Experimento N2

- Cuando se aade violeta de metilo al tubo de concentracin 0.1 M (tubo A1) el color

observado es celeste claro; con el tubo de concentracin 0.01 M (tubo A2) el color es

azul claro; con el tubo de concentracin 0.001 M (tubo A3) el color es lila; finalmente

con el tubo de concentracin 0.0001M (tubo A4) el color observado es un lila ms

claro que el anterior.

- Cuando se aade anaranjado de metilo al tubo de HCl de concentracin 0.1 M (tubo

B1) se observa un color rojo claro; con el tubo de concentracin 0.01 M (tubo B2) el

color obtenido es un rojo ms claro que el anterior; con el tubo concentracin 0.001

M (tubo B3) el color es rojo an ms claro; finalmente, en el tubo de concentracin

0.0001 M (tubo B4) se observa un color naranja claro.

Experimento N3

- Al aadir violeta de metilo al tubo con HCl de concentracin desconocida se obtiene un color que se encuentra entre los colores observados en los tubos A1 y A2.

- Al aadir anaranjado de metilo al tubo con HCl de concentracin desconocida se obtiene un color que se encuentra entre los colores observados en los tubos B1 y B2,

pero estos dos ltimos tubos no indican nada pues los colores son muy similares.


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Experimento N4

- Al aadir gotas de anaranjado de metilo al CH3COOH la solucin toma una

coloracin rojo claro. En el punto final de la titulacin de ste cido con el NaOH la

solucin resultante tiene un color amarillo claro. Cuando se aaden gotas del

indicador fenolftalena al CH3COOH, la solucin permanece incolora. En el punto

final de la titulacin con NaOH, la solucin resultante presenta una coloracin entre

rojo carmes y violeta.

CONCLUSIONES

1.- El pH es una medida de la acidez de los compuestos analizados y no tiene unidades.

2.- El pH aumenta a medida que disminuye la concentracin de iones H+.

3.- Las soluciones cada vez ms diluidas de una sustancia cida como el HCl presentan pH

cada vez mayores: las diluciones de soluciones cidas disminuyen dicho carcter cido.

4.- El punto final en una valoracin o titulacin se alcanza cuando el indicador utilizado

cambia de color. En el caso del CH3COOH, inicialmente, al aadirle anaranjado de metilo

se observ una coloracin roja, lo que indica que elCH3COOH es un cido; en el punto final

de la valoracin de ste cido con NaOH, la solucin ya haba cambiado a un color amarillo

claro. Este color es el que presenta el anaranjado de metilo en contacto con una solucin

bsica.


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5.- El punto final de un indicador no se produce a un pH especfico, existe un intervalo de

pH en el que se observa el punto final. En la prctica, esto significa que hay un margen en el

nmero de gotas que se puede aadir de NaOH alCH3COOH sin que se afecten los clculos

del pH de la solucin resultante.

6.- En la titulacin de CH3COOH (cido dbil) con NaOH (cido fuerte) el pH resultante es

mayor que 7. Esto se debe a que, en el punto de equivalencia (cuando slo hay acetato de

sodio), hay un exceso de iones OH. Esto significa que la solucin resultante tiene un carcter

bsico.

7.- El anaranjado de metilo es un indicador muy recomendable para la titulacin de

CH3COOH con NaOH.

CUESTIONARIO

1.- Cules son las ecuaciones correspondientes de la experiencia referente a sales

poco solubles?

Ecuaciones:

() + ()

+ () = 1.7 1010

4()= + 2()

+ 24() = 2.2 1012

= [() ] [()

+ ] = 1.7 1010

[+] =

[]= 1.7 109 (1)


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= [4()= ] [()

+ ]2

= 2.2 1012

[+] =

[4=]

= 1.48 106 (2)

2.- En el experimento N1, Cuntos mL de nitrato de plata emple hasta observar un

cambio permanente y qu concentracin de iones Cl- significa tal volumen?

Se us 10ml de nitrato de plata

() + ()

+ ()

3 3 =

0.01 10 = 10

= 0.01

3.- A qu concentracin de iones [Ag+] precipita el AgCl?

() + ()

+ () = 1.7 1010

= [() ] [()

+ ] = 1.7 1010

[+] =

[]= 1.7 109 (1)


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4.- Qu concentracin de iones cloruro queda en la solucin al momento que empieza

a precipitar el 24()?

4()= + 2()

+ 24()

#(4=) = #(+)

0.1 0.1 = 10

= 0.001

5.- Cmo determinara si una solucin es cida o bsica?

Si se conoce su composicin y su concentracin podramos determinar si es una base o acido

fuerte o dbil y con ello hallar su [H+] o [OH-] y con estos datos calcular el pH o el pOH,

pero de manera general podemos hallar el pH con el papel indicador universal, la cual

consiste en una escala colorimtrica, es decir que mediante colores nos indica un determinado

pH.

6.- En la experiencia N4, al agregar 20 mL de H2O destilada, Vario el nmero de

moles de CH3COOH? Vari su concentracin? Por qu?

Al agregar 20 ml de agua destilada al CH3COOH, se est realizando el proceso de dilucin,

el cual consiste en la variacin de concentracin, pero no en la variacin de moles, debido a


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que solo estamos aumentando solvente, as aumentamos el volumen de la solucin y como

[] I.P. V, entonces la [] disminuye si el volumen aumenta.

7.- Cuntas moles de NaOH se utilizaron en la experiencia N4?

Se utiliz 2 ml de NaOH 0.1 M esto por 2 ml= 0.2 milimoles

8.- A qu llamamos pH y pOH?

Del producto inico del agua se deduce que la concentracin de H+ y OH-estn relacionada

de tal modo que conocida una de ellas se obtiene la otra de forma inmediata:

[+] [} = 1014

Para simplificar el manejo de magnitudes exponenciales se ha establecido el concepto de pH,

que es el logaritmo de la concentracin de iones H+, con el signo cambiado. Anlogamente,

se define pOH como el logaritmo de la concentracin de iones OH-, con el signo cambiado.

9.- Cul ser el pH de las siguientes concentraciones de [H+]: 10, 10-1, 10-7, 1014, 10-2M?

[H+] pH

10 -1(caso especial)

10-1 1

10-7 7

1014 -14(caso especial)

10-2 2

10.- Haga una grafica pH vs. V del experimento N4


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Para v de NaOH =0 PH =1.96

Para v=1ml Ph = 2.09

Para v=2ml ph= 4

Para v=2.18ml ph=7

11. - Indique algn mtodo para determinar la cantidad de AgNO3.

Podemos determinar la cantidad de AgNO3, al momento de titularlo, al tomar el volumen

usado justo cuando empieza la precipitacin, conociendo de antemano la concentracin del

AgNO3 ,

Conociendo el volumen usado, y la concentracin, podemos hallar el nmero de moles, y por

ende la masa usada


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12.- Cierto estudiante forma una cantidad no determinada de un cido dbil de carcter

desconocido; la disuelve en una cantidad no medida de agua, y la titula con una base

fuerte de concentracin desconocida. Cuando l ha agregado 10ml de base observa que

la concentracin de H3O+de 10-5M.continua la titulacin hasta que alcance el punto de

equivalencia para la neutralizacin de iones H+. En este punto su bureta indica 22.2ml

Cul es la constante de disociacin del cido?

Tenemos la siguiente ecuacin:

H A + BOH AB + H2O

cido dbil Base fuerte Sal

Esta reaccin alcanza el equilibrio cuando se ha gastado 22,2 ml de base, y cuando

se ha usado 10 ml la concentracin de [H3O+] es 10-5 M, entonces en el equilibrio:

H A + BOH AB + H2O

CaVa CbVb CbVb

# de moles de HA = # de moles de BOH

CaVa = Cb (0,0222)

Ahora analizamos en el momento que se hech 10 ml de base

H A + BOH AB + H2O

Cb (0,0222) 0,01Cb 0,01Cb

El # de moles de HA que queda despus de haber agregado es:

(0,0222 0,01) = 0,0122

H A + BOH AB + H2O

Cb (0,0122) 0,01Cb 0,01Cb


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Cuando se establece el equilibrio tenemos [H+] = 10-5

Ahora en la siguiente reaccin:

H A(aq) H+(aq) + OH-(aq)

[ HA ] [H+] [ A- ]

[HA] = Cb (0,0122) / ( V + 0,01 ) - 10-5

[A-] = Cb (0,01) / ( V + 0,01 ) + 10-5

Ka = [H+] [ A- ] ,remplazando tenemos: (10-5) (0,01Cb/V+0,01 + 10-

5)

[HA] (0,0122Cb/V+0,01 - 10-

5)

Como 10-5 es una cantidad muy pequea la despreciaremos en el denominador

como el denominador y tendremos: en

=10-5) (0,01Cb/V+0,01)

(0,0122Cb/V+0,01)

Ka = 8.19 x 10-6


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13.- Una solucin de un cido desconocido fue titulada con NaOH, 0,1M. Se alcanz el

punto de equivalencia cuando se haba agregado 36.12ml de base. Luego se agregaron

18.06mL de HCl, 0.1M a la solucin, y se encontr que el pH, medido con un

potencimetro era 4.92. Calcule la constante de disociacin del cido desconocido.

HA A- + H+

Ka = [A-] [H+]

[HA]

PH = 4.92 [H+] = 1,2.10-5

# de moles H+ =V.C.(54,81)(1,2.10-5) = 65.10-6

cuando se agrego 18,06ml de HCl

# de moles H+ = (18,06).(0,1) = 1,806

# de moles A- = (0,1).(36,12) = 3,612

Inicialmente moles de HA : 3,612-1,806 = 1,806

(HA) = 1,806 = 0,03

54,18

H+ = 1,2.10-5

A-1 = 0,03


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BIBLIOGRAFA

CASTELLAN, Gilbert W.

Fisicoqumica

Mxico, Pearson Educacin, 1987

1057 p.

CHANG, Raymond

Qumica

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WHITTEN, Kenneth W. Qumica general

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informe de laboratorio n°4-equilibrio iónico

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