Objetivo: El objetivo de esta práctica es utilizar una valoración ácido-base para obtener el dato de la cantidad de carbonato y bicarbonato de una muestra. Materiales: Bureta Vaso de precipitado Erlenmeyer Pesa sustancias Soporte Papel Tornasol o papel pH Pipeta Pasteur Matraces aforados de 50 y 1000 ml Reactivos: Solución de ácido clorhídrico 0.5N Fenolftaleína Naranja de metilo Disolución de carbonato y bicarbonato Procedimiento experimental: Antes de pasar a hacer la valoración de la muestra problema, hay que preparar la solución de ácido clorhídrico 0.5 N a partir de una disolución de HCl con una riqueza del 37% y luego valorarla con un patrón primario para comprobar que su normalidad es la deseada. Para preparar la disolución de ácido clorhídrico se utilizan los siguientes datos y operaciones: 𝜌 = 1.19 ; 𝑟𝑖𝑞𝑢𝑒𝑧𝑎 = 37% ; 𝑀 = 36.5 𝑁= 𝑛= 𝑛 → 𝑛 = 𝑁 ∗ 𝑉; 𝑛 = 0.5 ∗ 1 = 0.5[𝑚𝑜𝑙] 𝑉 𝑚 ; 𝑚 = 𝑛 ∗ 𝑀; 𝑚 = 0.5 ∗ 36.5 = 18.25[𝑔] 𝑀 𝑉= 𝑚 18.25 ;𝑉 = = 15.34[𝑚𝑙] 𝜌 1.19 1 𝑉′ = 𝑉 15.34 ; 𝑉′ = = 41.42[𝑚𝑙] 𝑅𝑖𝑞𝑢𝑒𝑧𝑎 0.37 Siendo V’ el volumen que debemos disolver en el litro de agua para conseguir nuestra disolución 0.5 N de ácido clorhídrico. Una vez que tenemos la disolución hay que valorarla con un patrón primario. Este será el carbonato sódico y se realiza un cálculo teórico de cuántos gramos de carbonato habría que disolver en agua para que reaccionen completamente con 15 ml del ácido clorhídrico. Para esto se procede de la siguiente manera: 𝑁𝐻𝐶𝑙 ∗ 𝑉𝐻𝐶𝑙 = 𝑁𝑁𝑎2 𝐶𝑂3 ∗ 𝑉𝑁𝑎2 𝐶𝑂3 𝑛 0.5 ∗ 15 ∗ 10−3 = ( ∗ 𝑣𝑎𝑙 ∗ 𝑉) 𝑉 𝑁𝑎2 𝐶𝑂3 0.0075 = 𝑛 ∗ 2 𝑛 = 3.75 ∗ 10−3 ; 𝑚 = 𝑛 ∗ 𝑀 = 3.75 ∗ 10−3 ∗ 106 = 0.3975 [𝑔] 𝑚′ = 𝑚 0.3975 = = 0.3995 [𝑔] % 𝑒𝑛 𝑝𝑒𝑠𝑜 0.995 Siendo m’ la masa que teóricamente debería reaccionar por completo con la disolución 0.5N de HCl. Teniendo esto en cuenta pasamos a valorar el ácido. Los datos recogidos fueron los siguientes utilizando en cada una de las valoraciones 0.399 g de carbonato sódico y se realizaron dos valoraciones: Valoración V (HCl) [ml] 1 14,2 2 13,8 Para despejar la normalidad del ácido utilizamos la siguiente igualdad: 𝑁𝐻𝐶𝑙 ∗ 𝑉𝐻𝐶𝑙 = 𝑁𝑁𝑎2 𝐶𝑂3 ∗ 𝑉𝑁𝑎2 𝐶𝑂3 De esta ecuación se despeja la normalidad del HCl y se obtiene lo siguiente: 𝑁𝐻𝐶𝑙 = 𝑚𝑁𝑎2 𝐶𝑂3 ∗ 𝑣𝑎𝑙 𝑀𝑁𝑎2 𝐶𝑂3 ∗ 𝑉𝐻𝐶𝑙 Donde M, el peso molecular, es 106, la masa y la valencia del carbonato es 0.399 g y 2 respectivamente para ambas valoraciones y 𝑉𝐻𝐶𝑙 es el volumen medido en las dos valoraciones. Para el primer caso: 𝑁= 0.399 ∗ 2 = 0.53 106 ∗ 14.2 ∗ 10−3 2 Para el segundo caso: 𝑁= 0.399 ∗ 2 = 0.546 106 ∗ 13.8 ∗ 10−3 Por lo tanto la normalidad media y que se utilizará para los siguientes cálculos es: ̅= 𝑁 𝑁1 + 𝑁2 = 0.538 2 Una vez valorado el ácido con el patrón primario se pasa a hacer la valoración. Se añadirán 50 ml de una disolución de carbonato junto con la fenolftaleína y se le añadirá el ácido clorhídrico hasta que pase de rosa a incoloro. Luego se le añadirá otro indicador, en este caso el naranja de metilo, y se la valorará hasta que pase de amarillo a naranja. Una vez hecho esto se pasará a realizar los cálculos para obtener la masa de carbonato y bicarbonato en la muestra problema. Los datos obtenidos son los siguientes: V (HCl) [ml] Fase indicador 1 2 3 Rosa-Incoloro AmarilloNaranja 6,5 6,8 6,8 21 20,9 21 Se utiliza la siguiente ecuación para la primera fase (rosa-incoloro): 𝑛º 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑁𝑎2 𝐶𝑂3 = 𝑛º 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 𝐻𝐶𝑙 𝑚 = (𝑉 ∗ 𝑁)𝐻𝐶𝑙 𝑀⁄ 𝑣𝑎𝑙. Se despeja la masa del carbonato y la ecuación queda de la siguiente manera, siendo M el peso molecular: 𝑚 = (𝑉 ∗ 𝑁)𝐻𝐶𝑙 ∗ 𝑀 En este caso la valencia es 1 por lo que no se toma en cuenta en la multiplicación. Con esto se puede determinar la cantidad de 𝑁𝑎2 𝐶𝑂3 de la muestra. Se obtienen para las 3 muestras: 𝑚1 = 6.5 ∗ 10−3 ∗ 0.538 ∗ 106 = 0.371 [𝑔] 𝑚2 = 6.8 ∗ 10−3 ∗ 0.538 ∗ 106 = 0.388 [𝑔] 𝑚3 = 6.8 ∗ 10−3 ∗ 0.538 ∗ 106 = 0.388 [𝑔] 3 Se hace una media con las tres masas calculadas y se obtiene: 𝑚 ̅= 0.371 + 0.388 + 0.388 = 0.382 [𝑔] 3 Para la segunda valoración se utiliza la siguiente expresión: 𝑛º 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑁𝑎2 𝐶𝑂3 + 𝑛º 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑁𝑎𝐻𝐶𝑂3 = 𝑛º 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 𝐻𝐶𝑙 ( 𝑚 𝑚 )𝑁𝑎2 𝐶𝑂3 + ( ) 𝑁𝑎𝐻𝐶𝑂3 = (𝑉 ∗ 𝑁)𝐻𝐶𝑙 𝑀⁄ 𝑀⁄ 𝑣𝑎𝑙. 𝑣𝑎𝑙. De esta ecuación conocemos todos los datos menos la masa del 𝑁𝑎𝐻𝐶𝑂3 , así despejándola, se obtiene: 𝑚 𝑚 𝑁𝑎𝐻𝐶𝑂3 = [(𝑉 ∗ 𝑁)𝐻𝐶𝑙 − ( ) ] ∗ (𝑀⁄𝑣𝑎𝑙.) 𝑁𝑎𝐻𝐶𝑂3 𝑀⁄ 𝑣𝑎𝑙. 𝑁𝑎2 𝐶𝑂3 Por lo tanto, remplazando los datos de las tres valoraciones y de los cálculos previamente realizados tenemos: 𝑚1 𝑁𝑎𝐻𝐶𝑂3 = [0.021 ∗ 0.538 − 0.382 84 ] ∗ ⁄1 = 0.344 [𝑔] 106⁄ 2 𝑚2 𝑁𝑎𝐻𝐶𝑂3 = [0.0209 ∗ 0.538 − 𝑚3 𝑁𝑎𝐻𝐶𝑂3 = [0.021 ∗ 0.538 − 0.382 84 ] ∗ ⁄1 = 0.339 [𝑔] 106⁄ 2 0.382 84 ] ∗ ⁄1 = 0.344 [𝑔] 106⁄ 2 Luego, la masa de bicarbonato será la media de las tres, es decir: 𝑚 ̅= 0.344 + 0.344 + 0.339 = 0.342 [𝑔] 3 Es decir, que la masa de carbonato sódico es de 0.382 g y la de bicarbonato sódico de 0.342 g. 4 Cuestiones: 1. Escribir las reacciones que tienen lugar durante la valoración. Primera valoración: 𝑁𝑎2 𝐶𝑂3 + 𝑁𝑎𝐻𝐶𝑂3 + 𝐻𝐶𝑙 → 𝑁𝑎𝐻𝐶𝑂3 + 𝑁𝑎𝐶𝑙 Segunda valoración: 𝑁𝑎𝐻𝐶𝑂3 + 𝑁𝑎𝐻𝐶𝑂3 + 𝐻𝐶𝑙 → 𝐻2 𝐶𝑂3 + 𝑁𝑎𝐶𝑙 2. Busca las constantes de equilibrio. Para la primera reacción la constante de equilibrio es: 𝐾𝑒 = 10−7.6 Para la segunda reacción la constante de equilibrio es: 𝐾𝑒 = 10−10.3 3. ¿Por qué se utilizan dos indicadores en la reacción de determinación de la composición de la muestra? ¿Qué importancia tiene el pH en la acción de los indicadores? ¿Cuál es el pH de viraje de los indicadores utilizados? Se utilizan dos indicadores porque, al añadir cada vez más ácido clorhídrico, la disolución se hace más y más acida y con un solo indicador no se podría determinar que, primero, todos los carbonatos han reaccionado y luego todo el bicarbonato. El bicarbonato necesita un medio ácido para reaccionar y la fenolftaleína sólo nos permite observar un cambio de color en un medio básico y con un viraje entre 8.0-9.8 de pH, mientras que el viraje del naranja de metilo oscila entre 3.1-4.4. 4. Determinar la composición de la muestra problema, expresada en tanto por ciento de cada uno de los componentes y en g/L. Se tiene 0.382 g de carbonato y 0.342 de bicarbonato, es decir: 𝑚𝑡 = 0.382 + 0.342 = 0.724 [𝑔] %𝑁𝑎2 𝐶𝑂3 = 0.382 ∗ 100 = 52.76% 0.724 %𝑁𝑎𝐻𝐶𝑂3 = 0.342 ∗ 100 = 47.24% 0.724 5 5. Construir una gráfica de valoración representando el valor del pH frente a los ml de ácido consumido. 12 10 pH 8 6 pH 4 2 0 0 5 10 15 20 ml HCl 6 25 30 Bibliografía: http://arturobola.tripod.com/carbo.htm (22/11/12) http://es.scribd.com/doc/11583727/10-Determinacion-de-Carbonato-ybicarbonato (22/11/12) http://html.rincondelvago.com/determinacion-de-carbonatos-bicarbonatos-ymezcla-alcalina.html (22/11/12) http://www.buenastareas.com/ensayos/Determinaci%C3%B3n-De-CarbonatoBicarbonato/4469572.html (22/11/12) http://www.ulpgc.es/descargadirecta.php?codigo_archivo=4510 (22/11/12) http://es.wikipedia.org/wiki/Carbonato_de_calcio (22/11/12) 7