P4. Valoración de un ácido poliprótico

P4. Valoración de un ácido poliprótico
Universidad Autónoma de Madrid
P4. Valoración de H3PO4(ac) con NaOH(ac)
Especies presentes en una disolución
de H3PO4(ac)
Valoración previa de la disolución de
NaOH(ac) ~0.1M con biftalato potásico
Valoración de H3PO4(ac) con el uso de
indicadores ácido-base
Valoración de H3PO4(ac) con el uso de un pHmetro
(previo)
•
•
•
Valoración de un ácido poliprótico
Luis Seijo
2
Universidad Autónoma de Madrid
Especies presentes en una disolución de H3PO4(ac)
2 H 2O
OH − + H 3O +
10 −7 − t
10 −7 − t
H 2 PO4− + H 3O +
H 3 PO4 + H 2O
c0 − x
H 2 PO4− + H 2O
HPO42− + H 3O
HPO42− + H 2O
PO43−
−y
−z
+x
+x
+y
+
+y
+ H 3O +
+z
+z
[OH − ][ H 3O + ] =
[ H 2 PO4− ][ H 3O + ]
=
[ H 3 PO4 ]
[ HPO42− ][ H 3O + ]
=
−
[ H 2 PO4 ]
[ PO43− ][ H 3O + ]
=
[ HPO42 − ]
K w = 10 −14
K a1 = 7.1× 10 −3
K a 2 = 6.2 × 10 −8
K a 3 = 4.4 × 10 −13
[ H 3 PO4 ] = c0 − x
[ H 2 PO4− ] = x − y
[ HPO42− ] = y − z
[ PO43− ] = z
[ H 3O + ] = 10 −7− t + x + y + z
[OH − ] = 10 −7− t
Valoración de un ácido poliprótico
Luis Seijo
3
Universidad Autónoma de Madrid
Especies presentes en una disolución de H3PO4(ac)
2 H 2O
OH − + H 3O + (10−7 − t )(10−7 − t + x + y + z ) = K w = 10 −14
10 −7 − t
H 3 PO4 + H 2O
c0 − x
H 2 PO4− + H 2O
−y
2−
4
HPO
−z
+ H 2O
10 −7 − t
−
4
H 2 PO + H 3O
+x
+x
2−
4
HPO
+y
3−
4
PO
+
+ H 3O
+
+y
+ H 3O
+z
+
+z
[ H 3 PO4 ] = c0 − x
[ H 2 PO4− ] = x − y
[ HPO42− ] = y − z
[ PO43− ] = z
[ H 3O + ] = 10 −7− t + x + y + z
[OH − ] = 10 −7− t
Valoración de un ácido poliprótico
( x − y )(10 −7 − t + x + y + z )
=
c0 − x
K a1 = 7.1× 10 −3
( y − z )(10 −7 − t + x + y + z )
=
( x − y)
K a 2 = 6.2 × 10 −8
z (10 −7 − t + x + y + z )
=
( y − z)
K a 3 = 4.4 × 10 −13
x, y , z , t
Luis Seijo
4
Universidad Autónoma de Madrid
Especies presentes en una disolución de H3PO4(ac)
Caso:
2 H 2O
OH − + H 3O +
10 −7 − t
H 3 PO4 + H 2O
c0 − x
H 2 PO4− + H 2O
−y
2−
4
HPO
−z
+ H 2O
K a 3 << K a 2 << K a1
10 −7 − t
−
4
H 2 PO + H 3O
+x
+
+x
HPO42− + H 3O +
+y
3−
4
PO
+z
+y
+ H 3O
+
+z
[ H 3 PO4 ] = c0 − x
[ H 2 PO4− ] = x − y ( K a 2 << K a1 )
[ HPO42− ] = y − z ( K a3 << K a 2 )
[ PO43− ] = z
[ H 3O + ] = 10 −7− t + x + y + z
[OH − ] = 10 −7− t
= c0 − x
≈ x
≈ y
= z
≈ x
≈ 10−14 / x
Valoración de un ácido poliprótico
[OH − ] x =
K w = 10 −14
x2
−3
= K a1 = 7.1× 10
c0 − x
−8
y = K a 2 = 6.2 × 10
zx
= K a 3 = 4.4 × 10 −13
y
x, y , z
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Universidad Autónoma de Madrid
Especies presentes en una disolución de H3PO4(ac)
K a 3 << K a 2 << K a1
Caso:
2 H 2O
OH − + H 3O +
10 −7 − t
H 3 PO4 + H 2O
c0 − x
H 2 PO4− + H 2O
−y
2−
4
HPO
−z
+ H 2O
10 −7 − t
−
4
H 2 PO + H 3O
+x
+
+x
HPO42− + H 3O +
+y
3−
4
PO
+z
+y
+ H 3O
+
+z
[ H 3 PO4 ] = c0 − x
[ H 2 PO4− ] = x − y ( K a 2 << K a1 )
[ HPO42− ] = y − z ( K a3 << K a 2 )
[ PO43− ] = z
[ H 3O + ] = 10 −7− t + x + y + z
[OH − ] = 10 −7− t
y
K a1 <<
[OH − ] x =
K w = 10 −14
x2
−3
= K a1 = 7.1× 10
c0
−8
y = K a 2 = 6.2 × 10
zx
= K a 3 = 4.4 × 10 −13
y
= c0 − x ( K a1 <<) ≈ c0
≈ c0 K a1
≈ x
≈ Ka2
≈ y
≈ K a 2 K a 3 / c0 K a1
= z
≈ c0 K a1
≈ x
≈ 10 −14 c0 K a1
≈ 10−14 / x
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I. Valoración de la disolución de NaOH(ac) ~0.1M con
biftalato potásico
1. Preparar muestras de KHC8H4O4
a. 0.3-0.4 g del reactivo sólido en 3 erlenmeyers etiquetados
–
–
–
aprox. 2 g en pesasustancias;
pesasustancias; pesar
retirar aprox. 0.3 g a un erlemeyer;
erlemeyer; pesar pesasustancias;
pesasustancias; diferencia
repetir con los otros erlenmeyers
b. disolver con agua (aprox. 30 ml)
c. añadir unas gotas de fenolftaleína
1
2
3
2. Realizar las valoraciones
a. Llenar bureta con la disolución problema de NaOH(ac) ~0.1M
b. (Estimar el volumen aproximado de NaOH(ac) que se consumirá)
c. Valorar cada erlenmeyer hasta el punto final (viraje)
–
–
fondo de papel blanco (contraste)
agitar bien
d. Determinar la concentración de NaOH(ac)
m ( KHC8 H 4O4 ) → n ( KHC8 H 4O4 ) → n( NaOH ) → [ NaOH ]
KHC8 H 4O4 (ac) + NaOH (ac) → KNaC8 H 4O4 (ac) + H 2O(l )
Valoración de un ácido poliprótico
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I. Valoración de la disolución de NaOH(ac) ~0.1M con
biftalato potásico
Valoración de un ácido poliprótico
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Valoración de H3PO4(ac) con NaOH(ac)
pH
2o pde
n( NaOH ) pde 2
10.0
n( H 3 PO4 )
8.0
=2
b: rosa violáceo
Fenolftaleína
a: incoloro
6.0
1er
b: amarillo
pde
n( NaOH ) pde1
4.0
n( H 3 PO4 )
Rojo de metílo
a: rojo
=1
2.0
0.0
5.0
1er pde
2o pde
3er pde
10.0
15.0
20.0
25.0
V NaOH(ac) 0.100 M (ml)
H 3 PO4 (ac) + NaOH (ac) → NaH 2 PO4 (ac) + H 2O(l )
H 3 PO4 (ac) + 2 NaOH (ac) → Na2 HPO4 (ac) + 2 H 2O(l )
H 3 PO4 (ac) + 3NaOH (ac) → Na3 PO4 (ac) + 3H 2O(l )
Valoración de un ácido poliprótico
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Valoración de H3PO4(ac) con NaOH(ac)
NaH 2 PO4 (ac) → Na + (ac) + H 2 PO4− (ac)
Ionización:
H 2 PO4− + H 2O
HPO42− + H 3O +
K a 2 = 6.2 ×10 −8
H 3 PO4 + OH −
10 −14
= 1.4 ×10 −12
−3
7.1×10
Hidrólisis:
−
4
H 2 PO
+ H 2O
K h = K w / K a1 =
Na2 HPO4 (ac) → 2 Na + (ac) + HPO42− (ac)
Ionización:
HPO42− + H 2O
PO43−
K a 3 = 4.4 × 10 −13
+ H 3O +
Hidrólisis:
2−
4
HPO
+ H 2O
−
4
H 2 PO + OH
−
Valoración de un ácido poliprótico
Kh = K w / Ka2 =
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10 −14
−7
1
.
6
10
=
×
6.2 × 10 −8
10
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II. Valoración de H3PO4(ac)
con el uso de indicadores ácido-base
1. Llenar una bureta con NaOH(ac) de concentración conocida
2. Verter 20 ml de H3PO4(ac) problema en un erlenmeyer
– pipeta
3. Agregar unas gotas de rojo de metilo y de fenolftaleína
4. Valorar hasta detectar el 1er pde
-
viraje de rojo a amarillo; anotar V NaOH(ac)
5. Seguir valorando hasta detectar el 2o pde
-
viraje de amarillo a rosa violáceo+amarillo; anotar V NaOH(ac)
6. Repetir
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II. Valoración de H3PO4(ac)
con el uso de indicadores ácido-base
Valoración de un ácido poliprótico
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III. pH-metría: Valoración de H3PO4(ac)
con el uso de pH-metro
1.
2.
3.
4.
Llenar una bureta con NaOH(ac) de concentración conocida
Verter 20 ml de H3PO4(ac) problema en un vaso de precipitados
Colocar el vaso en un agitador magnético
Sumergir el electrodo combinado del pH-metro
-
sin que toque las paredes ni el fondo del vaso
sin que lo toque el agitador magnético
diluir si fuese necesario
5. Verter NaOH(ac) en volúmenes fijos y anotar pH
-
Al principio y hasta las proximidades del 1er pde:
2.0 ml, estabilizar pH, anotar pH; 2.0 ml, estabilizar y anotar pH, ...
-
En las proximidades del 1er pde (antes y después):
-
0.2 ml, estabilizar pH, anotar pH; 0.2 ml, estabilizar y anotar pH, ...
Hasta las proximidades del 2o pde: como en las del 1o
En las proximidades del 2o pde (antes y después): como en las del 1o
6. Lavar electrodo con agua destilada
7. Repetir
Valoración de un ácido poliprótico
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III. pH-metría: Valoración de H3PO4(ac)
con el uso de pH-metro
V / ml
pH
dpH/dV
0.0
2.0
1.71
1.81
0.050
4.0
...
10.0
1.92
...
3.62
...
10.2
3.82
10.4
...
4.10
...
0.055
1.00
1.40
...
1er pde
Valoración de un ácido poliprótico
Luis Seijo
2o pde
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Resultados
• Tabla 1. Concentración molar de NaOH(ac)
• Tabla 2. Concentración molar de H3PO4(ac) según la
volumetría ácido-base con indicador
• Tabla 3. Datos de la pH-metría
• Figura 1. pH frente a V(NaOH)
• Figura 2. dpH/dV frente a V(NaOH)
• Cuestiones de la Hoja de Resultados
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