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Marzo 2017 ELABORADO POR: PABLO ALBERT QUISPE CAPQUIQUE Prohibida la reproducción total o parcial del presente documento sin previa autorización del Autor. Los infractores serán sometidos a las sanciones legales por plagio según manda la ley. FACULTAD DE INGENIERIA Universidad Mayor de San Andrés U.M.S.A. Email: palbertqc89@gmail.com Cel.: 73041515 Calculo Precisión y Simetría… ¡ ¡ ¡ADELANTE INGENIERIA!!! 1° Edición QUIMICA ANALITICA CUALITATIVA (QMC -106) Ejercicios resueltos mailto:palbertqc89@gmail.com UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA [1] ELABORADO POR: UNIV. PABLO ALBERT QUISPE CAPQUIQUE Cel.: 73041515 AUXILIATURA QUIMICA ANALITICA CUALITATIVA GRUPO “A” 2017 TITULACION ACIDO FUERTE CON BASE FUERTE Para la ilustración se tomara el siguiente ejemplo: Ejercicio 1: Se titulan 50 ml de HCl 0,100 M con NaOH 0,05 M. Construya la curva de titulación. Solución: 1 2 1 2 0,100 0,100 0,05 0,05 50 ¿? C HCl M N C NaOH N M HCl NaOH V ml V ml La ecuación de titulación será: 2HCl NaOH NaCl H O Calculando el volumen necesario para la titulación: 1 1 2 2 2 2 100 0,100 50 0,05 CV C V V ml N ml N V PARA POR LO MENOS 4 PUNTOS DE REFERENCIA EN LA TITULACIÓN: 2 100 25 25 4 4 TIT TIT V ml V ml V ml Calculo del número de moles de (H+) existentes al inicio de la titulación: 3 0 0 0,100 1 50 5 10 1000 1 mol HCl mol H n ml n mol H ml mol HCl Calculo de pH para volúmenes añadidos de 25 en 25 ml: Para 0NaOHV ml : Como se trata de un ácido fuerte, su disociación es completa, por lo tanto: H HCl log 1 log 0,100 pH H pH pH M UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA ELABORADO POR: UNIV. PABLO ALBERT QUISPE CAPQUIQUE Cel.: 73041515 [2] AUXILIATURA QUIMICA ANALITICA CUALITATIVA GRUPO “A” 2017 Para 25NaOHV ml : Calculando el número de moles de (OH-) añadidos en este volumen: 3 1 1 0,05 1 25 1,25 10 1000 1 mol NaOH mol OH n ml n mol OH ml mol NaOH Basándonos en la ecuación de titulación: 2 0 1 1 1 1 1 0 1 1 10 HCl NaOH NaCl H O n n n n n n n n n n Se pude evidenciar una disminución en el número de moles de (H+), entonces su nueva concentración será: 3 3 0 1 3 5 10 1,25 10 0,05 50 25 10T mol Hn n H H M V lt log log 0,05 1,3pH H M pH Para 50 2 25NaOHV ml ml : 3 2 2 3 2 1 2,5 100,05 1 2 25 1000 1 2 2,5 10 n mol OHmol NaOH mol OH n ml ml mol NaOH n n mol OH Guiándonos en la ecuación de titulación global: 2 0 2 2 2 2 2 0 2 2 20 HCl NaOH NaCl H O n n n n n n n n n n 3 3 0 2 3 5 10 2,5 10 0,025 0,025 50 50 10T mol Hn n H M H M V lt Numéricamente igual a: 3 3 0 1 3 5 10 2 1,25 102 0,025 50 50 10T mol Hn n H H M V lt Como el volumen para el siguiente punto son otros 25 ml, es decir el doble que en el anterior punto, entonces se puede analizar de la siguiente manera: UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA [3] ELABORADO POR: UNIV. PABLO ALBERT QUISPE CAPQUIQUE Cel.: 73041515 AUXILIATURA QUIMICA ANALITICA CUALITATIVA GRUPO “A” 2017 log log 0,025 1,6pH H M pH Para 75 3 25NaOHV ml ml : Siguiendo la misma lógica anterior: 2 0 3 3 3 3 3 0 3 3 30 HCl NaOH NaCl H O n n n n n n n n n n 3 3 0 1 3 5 10 3 1,25 103 0,01 50 75 10T mol Hn n H H M V lt log log 0,01 2pH H M pH Para 100 4 25NaOHV ml ml (PUNTO DE EQUIVALENCIA): En este punto los moles añadidos de OH- son exactamente iguales a los moles de H+ de la primera etapa, al haberse consumido por completo los moles de la primera disociación del ácido. 4 1 3 43 4 4 5 10 4 1,25 10 n n n mol OH n mol Con: 3 0 4 5 10n n mol En este punto la ecuación global de titulación será: 2 2 0 4 4 4 4 4 4 40 0 AcH NaOH AcH H O n n n n n n n n Como los moles de (H+) y (OH-) son iguales, sus concentraciones también serán iguales: 2 W WH OH K H K UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA ELABORADO POR: UNIV. PABLO ALBERT QUISPE CAPQUIQUE Cel.: 73041515 [4] AUXILIATURA QUIMICA ANALITICA CUALITATIVA GRUPO “A” 2017 14log log 10 7pH H pH Para 125 5 25NaOHV ml ml (Exceso de 25 ml después del punto de equivalencia): Como ya se consumieron todos los moles de H+, entonces el pH lo define los moles de OH-, añadidos, como se usan otros 25 ml de NaOH, entonces: 3 1 1( ) 0,05 1 25 1,25 10 1000 1OH EXCESO mol NaOH mol OH n n ml n mol OH ml mol NaOH Para el cálculo del pH: 3 31 3 1,25 10 7,1428 10 50 125 10T n mol OH OH OH M V lt 314 log 14 log 7,1428 10 11,85pH OH M pH UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA [5] ELABORADO POR: UNIV. PABLO ALBERT QUISPE CAPQUIQUE Cel.: 73041515 AUXILIATURA QUIMICA ANALITICA CUALITATIVA GRUPO “A” 2017 Ejercicio 2: Construya la curva de titulación de 50 ml de una solución que contiene una concentración de NaOH 0,1 N y otra para hidracina N2H4 0,08 M para cada uno utilizar HIO4 de 0,2 M. Solución: BASE FUERTE CON ACIDO FUERTE 1 2 4 4 1 2 0,1 0,2 0,2 50 ¿? C NaOH N C HIO M N NaOH HIO V ml V ml Primero la titulación de NaOH con HIO4: La ecuación de titulación será: 4 4 2NaOH HIO NaIO H O Calculando el volumen necesario para la titulación: 1 1 2 2 2 2 25 0,1 50 0,2 CV C V V ml N ml N V Para por lo menos 4 puntos de referencia para la titulación entonces: 4 4 2 25 6,25 4 4 TIT HIO TIT HIO V ml V V V V ml Calculo de pH para volúmenes añadidos de 6,25 ml en 6,25 ml: Para 4 0HIOV ml : Entonces se considera NaOH en agua pura, por lo tanto: 0,1 0,1 0,1 NaOH Na OH N N N Entonces: 14 13 14 log 0,1 pH pOH pH pH M UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA ELABORADO POR: UNIV. PABLO ALBERT QUISPE CAPQUIQUE Cel.: 73041515 [6] AUXILIATURA QUIMICA ANALITICA CUALITATIVA GRUPO “A” 2017 Para 4 6,25HIOV ml : Basándonos en la ecuación global de titulación: 4 4 2 0 1 1 1 1 1 0 1 1 10 NaOH HIO NaIO H O n n n n n n n n n n Calculando los moles iniciales de NaOH y los moles que se adicional en los 6,25 ml: 3 3 0 0 0,1 50 5 10 5 10 1000 mol NaOH n ml n mol NaOH mol OH ml 3 34 1 1 4 0,2 6,25 1,25 10 1,25 10 1000 mol HIO n ml n mol HIO mol H ml Como se puede ver en la ecuación global de titulación, los moles que se agregan a la solución original se consumen por completo, quedando así un sobrante de NaOH que define el “pH”, calculando la nueva concentración de OH-que quedan: 3 3 0 1 3 5 10 1,25 10 0,06667 50 6,25 10 OH T T n mol OHn n OH OH M V V lt 14 14 log 0,06667 12,82pH pOH M pH Para 4 12,5 2 6,25HIOV ml ml : Como el volumen para el siguiente punto son otros 6,25 ml, es decir el doble que en el anterior punto, entonces: 342 2 0,2 2 6,25 2,5 10 1000 mol HIO n ml n mol H ml 4 4 2 0 2 2 2 2 2 0 2 2 20 NaOH HIO NaIO H O n n n n n n n n n n 3 3 0 2 3 5 10 2,5 10 0,04 50 12,5 10 OH T T n mol OHn n OH OH M V V lt 14 14 log 0,04 12,60pH pOH M pH UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA [7] ELABORADO POR: UNIV. PABLO ALBERT QUISPE CAPQUIQUE Cel.: 73041515 AUXILIATURA QUIMICA ANALITICA CUALITATIVA GRUPO “A” 2017 Para 4 18,75 3 6,25HIOV ml ml : Como el volumen para el siguiente punto son otros 6,25 ml, es decir el triple, entonces: 343 3 0,2 3 6,25 3,75 10 1000 mol HIO n ml n mol H ml 3 3 0 3 3 5 10 3,75 10 0,01818 50 18,75 10 OH T T n mol OHn n OH OH M V V lt 14 14 log 0,01818 12,26pH pOH M pH Para 4 25 4 6,25HIOV ml ml (PUNTO DE EQUIVALENCIA): Si se realiza el balance molar, podemos evidenciar que los moles añadidos de H+ son exactamente iguales a los moles de OH-, llegando así al punto de equivalencia, en este caso al tratarse de una titulación de base fuerte con ácido fuerte, el pH es igual a 7: 7pH Para 4 31,25 5 6,25HIOV ml ml (Exceso de 6,25 ml después del punto de equivalencia): Para el cálculo del pH posterior al punto de equivalencia; el pH lo define el exceso de moles añadidos a la solución, esto porque ya no existen moles de la solución original: Al definir por comodidad un volumen de titulación constante: 34 1 0,2 6,25 1,25 10 1000 EXCESO EXCESO mol HIO n n ml n mol H ml 3 3 1,25 10 0,01538 50 31,25 10 EXCESO T n mol H H H M V lt log log 0,01538 1,81pH H M pH UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA ELABORADO POR: UNIV. PABLO ALBERT QUISPE CAPQUIQUE Cel.: 73041515 [8] AUXILIATURA QUIMICA ANALITICA CUALITATIVA GRUPO “A” 2017 Para 4 37,5 6 6,25HIOV ml ml (Exceso de 12,5 ml después del punto de equivalencia): 34 1 0,2 2 12,5 2,5 10 1000 EXCESO EXCESO mol HIO n n ml n mol H ml 3 3 2,5 10 0,02857 50 37,5 10 EXCESO T n mol H H H M V lt log log 0,02857 1,54pH H M pH 0 2 4 6 8 10 12 14 0 5 10 15 20 25 30 35 40 p H V(añadido) [ml] pH vs. V(añadido) UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA [9] ELABORADO POR: UNIV. PABLO ALBERT QUISPE CAPQUIQUE Cel.: 73041515 AUXILIATURA QUIMICA ANALITICA CUALITATIVA GRUPO “A” 2017 BASE DEBIL CON ACIDO FUERTE Recurriendo a las tablas acido base: 2 4 8,48 N H pK 1 2 4 2 4 2 4 4 1 2 0,08 0,08 0,2 0,2 50 ¿? C N H M N C HIO M N N H HIO V ml V ml La ecuación de titulación será: 2 4 4 2 5 4N H HIO N H IO Calculando el volumen necesario para la titulación: 1 1 2 2 2 2 20 0,08 50 0,2 CV C V V ml N ml N V Para por lo menos 4 puntos de referencia para la titulación entonces: 4 4 2 20 5 4 4 TIT HIO TIT HIO V ml V V V V ml Calculo de pH para volúmenes añadidos de 5 ml en 5 ml: Para 4 0HIOV ml : Entonces se considera la hidracina en agua pura, por lo tanto: 5,522 4 2 2 5 0 10 bK b N H H O N H OH K C x x x 2 2 4 0 0 ; 0 4,9 10b b b x K x K x K C x OH M C x Entonces: 4 14 10,69 14 log 4,9 10 pH pOH pH pH M UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA ELABORADO POR: UNIV. PABLO ALBERT QUISPE CAPQUIQUE Cel.: 73041515 [10] AUXILIATURA QUIMICA ANALITICA CUALITATIVA GRUPO “A” 2017 Para 4 5HIOV ml : Basándonos en la ecuación global de titulación: 2 4 4 2 5 4 0 1 1 1 1 1 0 1 1 10 N H HIO N H IO n n n n n n n n n n Calculando los moles iniciales de N2H4 y los moles que se adicional en los 5 ml: 32 4 0 0 2 4 0,08 50 4 10 1000 mol N H n ml n mol N H ml 3 34 1 1 4 2 5 0,2 5 1 10 1 10 1000 mol HIO n ml n mol HIO mol N H ml Para el cálculo del pH de una titulación de una base débil, se tiene el siguiente procedimiento: 2 5 2 4 2 2 5 2 4 bK b N H OH N H H O N H OH K N H Despejando la concentración de oxidrilos: 2 4 2 5 .........b N H OH K N H Operando se tiene: 2 4 2 4 2 4 2 5 2 5 2 5 ......... N H N H N HT b b b N H N H N H T n n nV OH K K OH K n n n V Guiándonos en la ecuación de titulación global: 3 3 5,52 5,52 5,04290 1 3 1 4 10 1 10 10 3 10 10 1 10 b n n mol mol OH K OH M n mol 5,042914 14 log 10 8,96pH pOH M pH UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA [11] ELABORADO POR: UNIV. PABLO ALBERT QUISPE CAPQUIQUE Cel.: 73041515 AUXILIATURA QUIMICA ANALITICA CUALITATIVA GRUPO “A” 2017 Para 4 10 2 5HIOV ml ml : Como el volumen para el siguiente punto son otros 5 ml, es decir el doble que en el anterior punto, entonces: 342 2 0,2 2 5 2 10 1000 mol HIO n ml n mol H ml 2 4 4 2 5 4 0 2 2 2 2 2 0 2 2 20 N H HIO N H IO n n n n n n n n n n Guiándonos en la ecuación de titulación global: 3 3 5,52 5,52 5,520 2 3 2 4 10 2 10 10 1 10 10 2 10 b n n mol mol OH K OH M n mol 5,5214 14 log 10 8,48pH pOH M pH (Llegando así al punto tampón) Para 4 15 3 5HIOV ml ml : Como el volumen para el siguiente punto son otros 5 ml, es decir el triple, entonces: 343 3 0,2 3 5 3 10 1000 mol HIO n ml n mol H ml 3 3 5,52 5,52 5,9970 3 3 3 4 10 3 10 1 10 10 10 3 10 3 b n n mol mol OH K OH M n mol 5,99714 14 log 10 8,003pH pOH M pH Para 4 20 4 5HIOV ml ml (PUNTO DE EQUIVALENCIA): Si se realiza el balance molar, podemos evidenciar que los moles añadidos de H+ son exactamente iguales a los moles de OH-, llegando así al punto de equivalencia, en este caso al UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA ELABORADO POR: UNIV. PABLO ALBERT QUISPE CAPQUIQUE Cel.: 73041515 [12] AUXILIATURA QUIMICA ANALITICA CUALITATIVA GRUPO “A” 2017 tratarse de una titulación de base débil con ácido fuerte, el pH se calcula de la siguiente manera al haberse consumido por completo los moles de la base: 2 4 4 2 5 4 0 4 4 4 4 4 4 40 0 N H HIO N H IO n n n n n n n n Como se puede evidenciar, solo existe un número de moles de 2 5N H formados en el proceso de titulación, entonces en el punto deequivalencia: 2 5 2 4 4 4 KaN H N H H n y y y n y y y 22 4 8,48 42 5 10a N H H y K C yN H Hallando la concentración: 3 2 54 4 43 4 10 2 0,05715 20 50 10 35T mol N Hn C C M M V lt 2 2 5 4 4 ; 0 1,3755 10a a a y K y K y K C y H M C y Entonces: 5 og 4,86 log 1,3755 10 pH l H pH pH M Para 4 25 5 5HIOV ml ml (Exceso de 5 ml después del punto de equivalencia): Para el cálculo del pH posterior al punto de equivalencia; el pH lo define el exceso de moles añadidos a la solución, ¿Pero qué ocurre con el aporte de H+ de 2 5N H ?????, este aporte es mínimo y despreciable, pero para este ejercicio se lo realizara por demostración: UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA [13] ELABORADO POR: UNIV. PABLO ALBERT QUISPE CAPQUIQUE Cel.: 73041515 AUXILIATURA QUIMICA ANALITICA CUALITATIVA GRUPO “A” 2017 Al definir por comodidad un volumen de titulación constante, se tiene: 34 1 0,2 5 1 10 1000 EXCESO EXCESO mol HIO n n ml n mol H ml 3 3 1 10 1 50 25 10 75 EXCESO T n mol H H H M V lt 2 5 2 4 1 75 1 75 1 75 KaN H N H H C z z z C z z z 8,48 1 75 10a z z K C z 3 2 54 3 4 10 4 0,0533 25 50 10 75T mol N Hn C C M M V lt 2 51 0 1,3245 10 75 a az K z K C z M La concentración final de protones será: 1 75T H M z 51log log 1,3245 10 1,875 75T pH H M pH Como se puede apreciar el término “z” es despreciable ante el aporte de protones proveniente del exceso de ácido añadido después del punto de equivalencia; entonces el cálculo del pH después del punto de equivalencia será: 1 log log 1,875 75 pH H M pH Para 4 30 6 5HIOV ml ml (Exceso de 10 ml después del punto de equivalencia): UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA ELABORADO POR: UNIV. PABLO ALBERT QUISPE CAPQUIQUE Cel.: 73041515 [14] AUXILIATURA QUIMICA ANALITICA CUALITATIVA GRUPO “A” 2017 34 1 0,2 2 10 2 10 1000 EXCESO EXCESO mol HIO n n ml n mol H ml 3 3 2 10 1 0,02857 50 30 10 40 EXCESO T n mol H H H M M V lt 1 log log 1,6 40 pH H M pH ACIDO DEBIL CON BASE FUERTE Ejercicio 3: Desarrolle la curva de titulación de 25 ml de 0,1 M de ácido maléico, con hidróxido de sodio 0,1 N. Solución: 1 2 2 2 1 2 0,1 0,2 0,1 25 ¿? C AcH M N C NaOH N AcH NaOH V ml V ml De tablas para el ácido maléico: 1 21,92 ; 6,22pK pK La ecuación de titulación será: 2 2 22 2AcH NaOH Na Ac H O Calculando el volumen necesario para la titulación: 1 1 2 2 2 2 50 0,2 25 0,1 CV C V V ml N ml N V Como es un ácido diprótico, el volumen total de titulación “V2” se divide en dos partes, entonces: Para por lo menos 4 puntos de referencia para cada etapa de titulación: 1 2 2 25 6,25 50 4 25 252 2 6,25 4 TIT ETAPA TIT ETAPA ml V ml V ml ml ml V ml UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA [15] ELABORADO POR: UNIV. PABLO ALBERT QUISPE CAPQUIQUE Cel.: 73041515 AUXILIATURA QUIMICA ANALITICA CUALITATIVA GRUPO “A” 2017 Calculo de pH para volúmenes añadidos de 6,25 ml en 6,25 ml: Para 0NaOHV ml : Entonces se considera el ácido en agua pura, por lo tanto: 1 2 1 1 K AcH AcH H C x x x C x x x 2 1,92 1 1 10 x K C x 2 2 1 1 ; 0 0,02918a a b x K x K x K C x M C x Podríamos calcular el pH directamente con este valor, debido a que la segunda constante de disociación es muy pequeña, 6,222 10K y no aportara con muchos protones además que esta el efecto del ion común y eso también merma su aporte, pero para comprobar lo que se afirma, se realizara el cálculo: 2KAcH Ac H x x y y y x y y x y 6,22 2 10 y x y K x y 2 72 2 2; 0 6,025 10 y x y K y x K y K x y M x y Como se puede observar, la concentración de protones será: 0,02918H x y H Entonces: log 1,53 log 0,02918 pH H pH pH M UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA ELABORADO POR: UNIV. PABLO ALBERT QUISPE CAPQUIQUE Cel.: 73041515 [16] AUXILIATURA QUIMICA ANALITICA CUALITATIVA GRUPO “A” 2017 Para 6,25NaOHV ml : Basándonos en la ecuación de titulación para la primera etapa: 2 2 0 1 1 1 1 1 0 1 1 10 AcH NaOH AcH H O n n n n n n n n n n Calculando los moles iniciales de AcH2 y los moles que se adicional en los 6,25 ml de NaOH: 32 0 0 2 0,1 25 2,5 10 1000 mol AcH n ml n mol AcH ml 3 3 1 1 0,1 6,25 0,625 10 0,625 10 1000 mol NaOH n ml n mol NaOH mol OH ml Para el cálculo del pH de una titulación de un ácido débil, se tiene el siguiente procedimiento: 1 2 1 2 K AcH H AcH AcH H K AcH Despejando la concentración de protones: 2 1 AcH H K AcH Operando se tiene: 2 2 2 1 1 1 ......... AcH AcH AcHT AcH AcH AcH T n n nV H K K H K n n n V Guiándonos en la ecuación de titulación global: 3 3 1,92 1,92 1,44290 1 1 3 1 2,5 10 0,625 10 10 3 10 10 0,625 10 moln n H K M H M n mol 1,4429log log 10 1,44pH H M pH UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA [17] ELABORADO POR: UNIV. PABLO ALBERT QUISPE CAPQUIQUE Cel.: 73041515 AUXILIATURA QUIMICA ANALITICA CUALITATIVA GRUPO “A” 2017 Para 12,5 2 6,25NaOHV ml ml : Como el volumen para el siguiente punto son otros 5 ml, es decir el doble que en el anterior punto, entonces: 32 2 0,1 2 6,25 1,25 10 1000 mol NaOH n ml n mol OH ml Guiándonos en la ecuación de titulación global: 3 3 1,92 1,92 1,920 2 1 3 2 2,5 10 1,25 10 10 1 10 10 1,25 10 moln n H K H M n mol 1,92log log 10 1,92pH H M pH (Llegando así al primer punto tampón) Para 4 18,75 3 6,25HIOV ml ml : Como el volumen para el siguiente punto son otros 5 ml, es decir el triple, entonces: 33 3 0,1 3 6,25 1,875 10 1000 mol NaOH n ml n mol OH ml 3 3 1,92 1,92 2,3970 3 1 3 3 2,5 10 1,875 10 1 10 10 10 1,875 10 3 moln n H K H M n mol 2,397log log 10 2,4pH H M pH Para 25 4 6,25NaOHV ml ml (1ER PUNTO DE EQUIVALENCIA): En este punto los moles añadidos de OH- son exactamente iguales a los moles de H+ de la primera etapa, al haberse consumido por completo los moles de la primera disociación del ácido. 2 2 0 4 4 4 4 4 4 40 0 AcH NaOH AcH H O n n n n n n n n UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA ELABORADO POR: UNIV. PABLO ALBERT QUISPE CAPQUIQUECel.: 73041515 [18] AUXILIATURA QUIMICA ANALITICA CUALITATIVA GRUPO “A” 2017 Como se pude ver, entra en acción la segunda etapa, al formarse los “ 4n ” moles de AcH . También se evidencia la existencia de un doble equilibrio. El pH se calcula de la siguiente manera: 1 2 1 2 K AcH H AcH AcH H K AcH 2 2 K Ac H AcH Ac H K AcH Multiplicando miembro a miembro las ecuaciones de equilibrio: 2 1 2 1 2 2 2 AcH H Ac H Ac K K K K H AcH AcHAcH Considerando que las sustancias 2Ac AcH en este punto de la titulación son prácticamente muy pequeñas, se puede considerar que su actividad es igual a 1, o podemos decir que esas concentraciones son muy pequeñas e iguales 2Ac AcH , entonces: En el primer punto de equivalencia: 1 2H K K 1,92 6,22 4,071 2 10 10 10H K K H M Entonces: 4,07log 10 4,07pH M pH Para 31,25 5 6,25NaOHV ml ml (Exceso de 6,25 ml después del primer punto de equivalencia): La ecuación de titulación para esta etapa será: 2AcH NaOH NaAc H O Si observamos en el punto de equivalencia se consumieron los moles de 2AcH en la primera etapa pero se fueron formando en cada adición de volumen de NaOH moles de AcH , entonces: UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA [19] ELABORADO POR: UNIV. PABLO ALBERT QUISPE CAPQUIQUE Cel.: 73041515 AUXILIATURA QUIMICA ANALITICA CUALITATIVA GRUPO “A” 2017 2 4 4 2 5 4 0 4 4 4 4 4 4 40 0 N H HIO N H IO n n n n n n n n 0 0,1 4 6,25 1000AcH mol NaOH n n ml ml 3 32,5 10 2,5 10 AcH n mol OH molAcH El volumen de titulación para esta nueva etapa serán los 6,25 ml de NaOH destinados para la titulación de la segunda etapa: 3 3 1 1 0,1 6,25 0,625 10 0,625 10 1000 mol NaOH n ml n mol NaOH mol OH ml Basándonos en la ecuación de titulación para la segunda etapa: 2 0 1 1 1 1 1 0 1 1 10 AcH NaOH AcNa H O n n n n n n n n n n Para la segunda etapa: 2 2 K Ac H AcH Ac H K AcH Despejando la concentración de protones: 2 AcH H K Ac Operando se tiene: 1 2 2 ......... AcH T AcH AcH Ac Ac Ac T n n nV H K K H K n n n V UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA ELABORADO POR: UNIV. PABLO ALBERT QUISPE CAPQUIQUE Cel.: 73041515 [20] AUXILIATURA QUIMICA ANALITICA CUALITATIVA GRUPO “A” 2017 Guiándonos en la ecuación de titulación global: 3 3 6,22 6,22 5,740 1 2 3 1 2,5 10 0,625 10 10 3 10 10 0,625 10 moln n H K M H M n mol 5,74log log 10 5,74pH H M pH Para 37,5 6 6,25NaOHV ml ml (Exceso de 12,5 ml): Como el volumen para el siguiente punto son otros 5 ml, es decir el doble que en el anterior punto, entonces: 32 2 0,1 2 6,25 1,25 10 1000 mol NaOH n ml n mol OH ml Guiándonos en la ecuación de titulación global: 3 3 6,22 6,22 6,220 2 2 3 2 2,5 10 1,25 10 10 1 10 10 1,25 10 moln n H K H M n mol 6,22log log 10 6,22pH H M pH (Llegando así al segundo punto tampón) Para 4 43,75 7 6,25HIOV ml ml (Exceso de 18,75 ml): Como el volumen para el siguiente punto son otros 5 ml, es decir el triple, entonces: 33 3 0,1 3 6,25 1,875 10 1000 mol NaOH n ml n mol OH ml 3 3 6,22 6,22 6,70 3 2 3 3 2,5 10 1,875 10 1 10 10 10 1,875 10 3 moln n H K H M n mol 6,7log log 10 6,7pH H M pH Para 50 8 6,25NaOHV ml ml (2DO PUNTO DE EQUIVALENCIA): Ahora se tituló por completo al ácido diprótico, por lo tanto: UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA [21] ELABORADO POR: UNIV. PABLO ALBERT QUISPE CAPQUIQUE Cel.: 73041515 AUXILIATURA QUIMICA ANALITICA CUALITATIVA GRUPO “A” 2017 2 0 4 4 4 4 40 K AcH Ac H n n n n n n 3 34 4 0,1 4 6,25 2,5 10 2,5 10 1000 mol NaOH n ml n mol OH mol Ac ml Se evidencia solo la presencia de la base conjugada Ac , entonces en procedimiento es: 1 2 4 4 bKAc H O AcH OH n z z z n z z z 2 7,78 1 10b AcH OH z K C zAc Calculo de la concentración “C”: 3 4 3 2,5 10 1 0,03333 75 10 30T n mol Ac C M M V lt 2 2 5 1 1 1; 0 2,351 10b b b z K z K z K C z OH M C z Entonces: 5 14 log 9,37 14 log 2,351 10 pH OH pH pH M Para 56,25 9 6,25NaOHV ml ml (Exceso de 6,25 ml después del punto del segundo punto equivalencia; VT=81,25 ml): Para el cálculo del pH posterior a la titulación; el pH lo define el exceso de moles añadidos de NaOH, por ser base fuerte, y el aporte de oxidrilos de Ac , es despreciable, entonces: 3 1 0,1 6,25 0,625 10 1000 EXCESO EXCESO mol NaOH n n ml n mol OH ml 3 3 3 0,625 10 7,6923 10 25 56,25 10 EXCESO T n mol OH OH OH M V lt 314 log 14 log 7,6923 10 11,89pH OH M pH UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA ELABORADO POR: UNIV. PABLO ALBERT QUISPE CAPQUIQUE Cel.: 73041515 [22] AUXILIATURA QUIMICA ANALITICA CUALITATIVA GRUPO “A” 2017 BASE DEBIL CON ACIDO FUERTE Ejercicio 4: Desarrolle una curva para la titulación de 50 ml de una solución 0,1 M del compuesto A con una solución 0,2 M del compuesto B de la siguiente lista. Para cada titulación determinar el pH del punto tampón y del punto de equivalencia correspondiente así como también el exceso del titulante: A B Na2CO3 ……………………. HCl Solución: Para la titulación de base débil con ácido fuerte, se tiene los siguientes datos: Para el ácido carbónico: 6,34 7,66 1 2 10,25 3,75 2 1 10 10 10 10 b b K K K K 1 2 3 2 2 3 1 2 0,1 0,2 0,2 0,2 50 ¿? C Na CO M N C HCl M N Na CO HCl V ml V ml La ecuación global de titulación será: 2 3 2 32 2Na CO HCl H CO NaCl Calculando el volumen necesario para la titulación: 1 1 2 2 2 2 50 0,2 50 0,2 CV C V V ml N ml N V Para por lo menos 4 puntos de referencia para cada etapa de titulación, entonces: 1 2 2 25 6,25 50 4 25 252 2 6,25 4 TIT ETAPA TIT ETAPA ml V ml V ml ml ml V ml Calculo de pH para volúmenes añadidos de 5 ml en 5 ml: Para 0HClV ml : Entonces se considera la hidracina en agua pura, por lo tanto: UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA [23] ELABORADO POR: UNIV. PABLO ALBERT QUISPE CAPQUIQUE Cel.: 73041515 AUXILIATURA QUIMICA ANALITICA CUALITATIVA GRUPO “A” 2017 1 3,753 2 3 1 0 10 bK b CO H O HCO OH K C x x x 2 2 3 1 1 1 0 0 ; 0 4,129 10b b b x K x K x K C x OH M C x Considerando despreciable el aporte de oxidrilos de la segunda disociación, al ser muy pequeña la constante 7,662 10bK , entonces el pH será: 3 14 11,61 14 log 4,129 10 pH pOH pH pH M Para 6,25HClV ml : Basándonos en la ecuación de titulación para la primera etapa: 3 3 0 1 1 1 1 1 0 1 1 10 CO HCl HCO Cl n n n n n n n n n n Calculando los moles iniciales de CO3= y los moles de protones que se adicional en los 5 ml: 3 32 3 0 0 2 3 3 0,1 50 5 10 5 10 1000 mol Na CO n ml n mol Na CO mol CO ml 3 3 1 1 0,2 6,25 1,25 10 1,25 10 1000 mol HCl n ml n mol HCl mol H ml Para el cálculo del pH de una titulación de una base débil, se tiene el siguiente procedimiento: 1 3 3 2 3 1 3 bK b HCO OH CO H O HCO OH K CO Despejando la concentración de oxidrilos: 3 1 3 b CO OH K HCO UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA ELABORADO POR: UNIV. PABLO ALBERT QUISPE CAPQUIQUE Cel.: 73041515 [24] AUXILIATURA QUIMICA ANALITICA CUALITATIVA GRUPO “A” 2017 Operando se tiene: 3 3 3 3 3 3 1 1 1 ......... CO T CO CO b b b HCO HCO HCO T n n nV OH K K OH K n n n V Guiándonos en la ecuación de titulación global: 3 3 3,75 3,75 3,270 1 1 3 1 5 10 1,25 10 10 3 10 10 1,25 10 b n n mol mol OH K OH M n mol 3,2714 14 log 10 10,73pH pOH M pH Para 12,5 2 6,25HClV ml ml : Como el volumen para el siguiente punto son otros 5 ml, es decir el doble que en el anterior punto, entonces: 32 2 0,2 2 6,25 2,5 10 1000 mol HCl n ml n mol H ml 3 3 0 2 2 2 2 2 0 2 2 20 CO HCl HCO Cl n n n n n n n n n n Guiándonos en la ecuación de titulación global: 3 3 3,75 3,75 3,750 2 1 3 2 5 10 2,5 10 10 1 10 10 2,5 10 b molHn n OH K OH M n mol H mol 3,7514 14 log 10 10,25pH pOH M pH (Llegando así al PRIMER PUNTO tampón) Para 18,75 3 6,25HClV ml ml : Como el volumen para el siguiente punto son otros 5 ml, es decir el triple, entonces: UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA [25] ELABORADO POR: UNIV. PABLO ALBERT QUISPE CAPQUIQUE Cel.: 73041515 AUXILIATURA QUIMICA ANALITICA CUALITATIVA GRUPO “A” 2017 343 3 0,2 3 6,25 3,75 10 1000 mol HIO n ml n mol H ml 3 3 5,52 3,75 4,220 3 1 3 3 5 10 3,75 10 1 10 10 10 3,75 10 3 b moln n OH K OH M n mol 4,2214 14 log 10 9,77pH pOH M pH Para 25 4 6,25HClV ml ml (PRIMER PUNTO DE EQUIVALENCIA): En este punto los moles añadidos de H+ son exactamente iguales a los moles de OH- de la primera etapa, al haberse consumido por completo los moles de la primera disociación del ácido. 3 3 0 4 4 4 4 4 4 40 0 CO HCl HCO Cl n n n n n n n n Como se pude ver, entra en acción la segunda etapa, al formarse los “ 4n ” moles de 3HCO . También se evidencia la existencia de un doble equilibrio. El pH se calcula de la siguiente manera: 1 3 3 2 3 1 3 bK b HCO OH CO H O HCO OH K CO 2 2 3 3 2 2 3 2 3 bK b H CO OH HCO H O H CO OH K HCO Multiplicando miembro a miembro las ecuaciones de equilibrio: 23 2 3 2 3 1 2 1 2 3 3 3 b b b b HCO OH H CO OH H CO K K K K OH CO HCO CO UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA ELABORADO POR: UNIV. PABLO ALBERT QUISPE CAPQUIQUE Cel.: 73041515 [26] AUXILIATURA QUIMICA ANALITICA CUALITATIVA GRUPO “A” 2017 Considerando que las sustancias 2 3 3H CO CO en este punto de la titulación son prácticamente muy pequeñas, se puede considerar que su actividad es igual a 1, o podemos decir que esas concentraciones son muy pequeñas e iguales 2 3 3H CO CO , entonces: En el primer punto de equivalencia: 1 2b bOH K K 3,75 7,66 5,5071 2 10 10 10b bOH K K OH M Entonces: 5,50714 log 10 8,295pH MM pH Para 31,25 5 6,25HClV ml ml (6,25 ml de exceso después del 1er punto de equivalencia): La ecuación de titulación para esta etapa será: 3 2 3HCO HCl H CO Cl Si observamos en el punto de equivalencia se consumieron los moles de 3CO de la primera etapa pero se fueron formando en cada adición de HCl moles de 3HCO “ 4 0n n ”, ahora entonces: 3 2 3 0 1 1 1 1 1 0 1 1 10 HCO HCl H CO Cl n n n n n n n n n n Para los moles de 3HCO formados: 3 0 4 0,1 4 6,25 1000HCO mol HCl n n n ml ml 3 3 3 32,5 10 2,5 10HCOn mol HCl mol HCO Basándonos en la ecuación de titulación para la segunda etapa: UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA [27] ELABORADO POR: UNIV. PABLO ALBERT QUISPE CAPQUIQUE Cel.: 73041515 AUXILIATURA QUIMICA ANALITICA CUALITATIVA GRUPO “A” 2017 3 2 3 0 1 1 1 1 1 0 1 1 10 HCO HCl H CO Cl n n n n n n n n n n Los moles de protones que se adicional en los 6,25 ml de exceso: 3 3 1 1 0,2 6,25 1,25 10 1,25 10 1000 mol HCl n ml n mol HCl mol H ml Para el cálculo del pH de una titulación de una base débil, se tiene el siguiente procedimiento: 1 2 3 3 2 2 3 2 3 bK b H CO OH HCO H O H CO OH K HCO Despejando la concentración de oxidrilos: 3 2 2 3 b HCO OH K H CO Operando se tiene: 3 3 3 2 3 2 3 2 3 2 2 2 ......... HCO T HCO HCO b b b H CO H CO H CO T n n nV OH K K OH K n n n V Guiándonos en la ecuación de titulación global: 3 3 7,66 7,66 7,180 1 2 3 1 5 10 1,25 10 10 3 10 10 1,25 10 b n n mol mol OH K OH M n mol 7,1814 14 log 10 6,82pH pOH M pH Para 37,5 6 6,25HClV ml ml (Exceso de 12,15 ml después del 1ER punto de equivalencia): 3 2 2 0,2 12,5 2,5 10 1000 mol HCl n ml n mol H ml UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA ELABORADO POR: UNIV. PABLO ALBERT QUISPE CAPQUIQUE Cel.: 73041515 [28] AUXILIATURA QUIMICA ANALITICA CUALITATIVA GRUPO “A” 2017 3 3 7,76 7,76 7,760 2 2 3 2 5 10 2,5 10 10 1 10 10 2,5 10 b molHn n OH K OH M n mol H mol 7,6614 14 log 10 6,34pH pOH M pH (Llegando así al SEGUNDO PUNTO tampón) Para 43,75 7 6,25HClV ml ml (Exceso de 18,75 ml después del 1ER punto de equivalencia): Como el volumen para el siguiente punto son otros 5 ml, es decir el triple, entonces: 34 3 3 0,2 18,75 3,75 10 1000 mol HIO n ml n mol H ml 3 3 7,66 7,66 8,140 3 2 3 3 5 10 3,75 10 1 10 10 10 3,75 10 3 b moln n OH K OH M n mol 8,1414 14 log 10 5,86pH pOH M pH Para 50 8 6,25HClV ml ml (SEGUNDO PUNTO DE EQUIVALENCIA):En este punto los moles añadidos de H+ son exactamente iguales a los moles de OH- de la segundo etapa, al haberse consumido por completo los moles. El tratamiento es de la siguiente manera: 2 2 3 3 2 2 3 2 3 bK b H CO OH HCO H O H CO OH K HCO Se evidencia la formación del ácido carbónico: 3 2 3 0 4 4 4 4 4 4 40 0 HCO HCl H CO Cl n n n n n n n n Nota: Los iones en solución como el Cl no influyen en el cálculo del pH, ya que están completamente disueltas al ser sales. UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA [29] ELABORADO POR: UNIV. PABLO ALBERT QUISPE CAPQUIQUE Cel.: 73041515 AUXILIATURA QUIMICA ANALITICA CUALITATIVA GRUPO “A” 2017 Como en este punto solo existe el ácido carbónico, entonces: 1 2 3 3 4 4 K H CO HCO H n z z z z n z z z 2 6,34 1 10 z K C z Calculo de la concentración “C”: 3 4 3 5 10 0,05 50 50 10T n mol Ac C M V lt 2 2 4 1 1 1; 0 1,509 10 z K z K z K C z H M C z Entonces: 4log 1,509 10 3,82pH M pH Para 56,5 9 6,25HClV ml ml (Exceso de 6,25 ml después del punto del segundo punto de equivalencia): Para el cálculo del pH posterior al punto de equivalencia; el pH lo define el exceso de moles de H+ añadidos a la solución, considerando además despreciable la cantidad de protones cedidos por el ácido carbónico, al ser su constante acida pequeña, entonces: 3 1 0,2 6,25 1,25 10 1000 EXCESO EXCESO mol HCl n n ml n mol H ml 3 1,93 3 1,25 10 10 50 56,25 10 EXCESO T n mol H H H M V lt 1,93log log10 1,93pH H M pH UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA ELABORADO POR: UNIV. PABLO ALBERT QUISPE CAPQUIQUE Cel.: 73041515 [30] AUXILIATURA QUIMICA ANALITICA CUALITATIVA GRUPO “A” 2017 ACIDO DEBIL CON BASE DEBIL Ejercicio 5: Se calculara el pH en el punto de equivalencia en la titulación de 50 ml de ácido acético 0,1 N con 50 ml de hidróxido de amonio 0,1 N. Para el ácido y de la base respectivamente: pKa = 4,74; pKb=4,8 Solución: 1 3 2 3 44,74 4,8 1 1 2 1 0,1 0,2 0,1 0,2 50 ; 10 50 ; 10a b C CH COOH M N C HCl M N CH COOH NH OH V ml K V ml K Para el cálculo del pH en el punto de equivalencia: Se tiene la ecuación: ...........( )WW K H OH K H OH De los equilibrios: 1 3 3 3 1 3 ......(1) aK a CH COOH CH COO H CH COO H K CH COOH 1 4 4 4 1 4 ......(2) bK b NH OH NH OH NH OH K NH OH Ahora (1)/(2): 3 31 1 4 4 a b CH COO H CH COOHK K NH OH NH OH Despejando los OH-: 1 3 4 1 3 4 b a K CH COO H NH OH OH K CH COOH NH Reemplazando en ( ) : 1 3 4 1 3 4 W b a K H K CH COO H NH OH K CH COOH NH Despejando H : UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA [31] ELABORADO POR: UNIV. PABLO ALBERT QUISPE CAPQUIQUE Cel.: 73041515 AUXILIATURA QUIMICA ANALITICA CUALITATIVA GRUPO “A” 2017 2 1 3 4 1 3 4 W a b K K CH COOH NH H K CH COO NH OH De donde: 3 4 4 3CH COOH NH OH NH CH COO Entonces: 2 1 1 / / lgW a b K K H K 1 12lg lg lg lg / /( 1)W a bH K K K Realizando operaciones se llega a: 1 1 1 2 W a bpH pK pK pK Entonces el pH en el punto de equivalencia será: 1 1 1 2 6,95 1 14 4,74 4,8 2 W a bpH pK pK pK pH pH Respuesta. Titulacion Acido Fuerte con Base Fuerte Base fuerte con Acido Fuerte Base debil con Acido Fuerte Acido debil con Base Fuerte Base debil con Acido Fuerte Acido debil con Base debil
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