Ejercicios: Neutralización y volumetrías

En el laboratorio se lleva a cabo la neutralización de $40.0\,\text{mL}$ de una disolución acuosa de hidróxido de bario, $\mathrm{Ba(OH)_2}$, de concentración $0.050\,\text{M}$, empleando como reactivo valorante una disolución acuosa de ácido clorhídrico, $\mathrm{HCl}$, de concentración $0.125\,\text{M}$ a la temperatura de $25\,^\circ\text{C}$.

1. a) Escribe la ecuación química ajustada correspondiente a la reacción de neutralización que tiene lugar.
2. b) Calcula el volumen de disolución de $\mathrm{HCl}$, expresado en mililitros, que se requiere añadir para alcanzar exactamente el punto de equivalencia estequiométrico.

En un laboratorio escolar quedan restos de ácido sulfúrico concentrado, $\mathrm{H_2SO_4}$, y de disolución concentrada de hidróxido de sodio, $\mathrm{NaOH}$, ambos etiquetados como corrosivos. Un estudiante propone mezclarlos directamente en un vaso y verter el resultado por el desagüe. a) Identifica dos riesgos de esa propuesta y explica qué protección de ojos, piel y ropa requiere el trabajo supervisado con reactivos corrosivos. b) Propón cómo identificar, separar y comunicar estos residuos al responsable del laboratorio para su gestión conforme al procedimiento de la escuela. Justifica por qué la posible neutralización debe ser una operación controlada y no una mezcla improvisada de concentrados.

Para determinar la concentración desconocida de una disolución acuosa de ácido clorhídrico, $\mathrm{HCl}$, se toma una alícuota de $25.0\,\text{mL}$ con una pipeta aforada y se transfiere a un matraz erlenmeyer, añadiendo dos gotas de fenolftaleína. Se llena una bureta graduada de $50.0\,\text{mL}$ (incertidumbre de lectura de $\pm 0.05\,\text{mL}$ por enrase) con una disolución patrón de hidróxido de sodio, $\mathrm{NaOH}$, $0.100\,\text{M}$. En la figura se detalla el montaje experimental junto a la lectura inicial de la bureta y la lectura final en el instante de viraje.

La lectura inicial del menisco es de $1.20\,\text{mL}$ y la lectura final en el punto de viraje persistente es de $24.60\,\text{mL}$.

1. a) Determina el volumen neto de disolución de $\mathrm{NaOH}$ consumido en la valoración y calcula la incertidumbre absoluta asociada a dicha medida volumétrica.
2. b) Calcula la concentración molar de la disolución de $\mathrm{HCl}$ analizada, expresando el resultado con las cifras significativas adecuadas. Estima conservadoramente la incertidumbre del volumen consumido sumando las dos incertidumbres máximas de lectura.

Se analiza la riqueza en ácido acético, $\mathrm{CH_3COOH}$, de un vinagre comercial de densidad $1.01\,\text{g/mL}$. Para ello, se toman $10.0\,\text{mL}$ del vinagre con una pipeta aforada, se introducen en un matraz aforado de $100.0\,\text{mL}$, se enrasa con agua desionizada y se homogeneiza. A continuación, se extrae una alícuota de $20.0\,\text{mL}$ de la disolución diluida y se valora con una disolución acuosa de $\mathrm{NaOH}$ de concentración $0.120\,\text{M}$ en presencia de fenolftaleína. Para alcanzar el punto final se consumen exactamente $16.5\,\text{mL}$ de valorante.

Datos: Masas atómicas relativas: $\mathrm{C}=12.0$; $\mathrm{H}=1.0$; $\mathrm{O}=16.0$.

1. a) Escribe la ecuación ajustada de la reacción de neutralización.
2. b) Calcula la concentración molar del ácido acético en el vinagre original y determina su porcentaje en masa ($\%\,\text{m/m}$).

Se desea cuantificar el contenido en carbonato de calcio, $\mathrm{CaCO_3}$, de una tableta antiácida comercial de masa total $1.20\,\text{g}$. La muestra pulverizada se hace reaccionar con $50.0\,\text{mL}$ de disolución acuosa de $\mathrm{HCl}$ $0.600\,\text{M}$, generándose dióxido de carbono según el proceso:

$\mathrm{CaCO_3\,(s) + 2\,HCl\,(aq) \rightarrow CaCl_2\,(aq) + CO_2\,(g) + H_2O\,(l)}$.

Una vez expulsado todo el gas formado, el exceso de ácido clorhídrico remanente se valora por retroceso con una disolución de $\mathrm{NaOH}$ $0.250\,\text{M}$, requiriéndose un volumen de $44.0\,\text{mL}$ de la base para alcanzar el viraje.

Datos: Masas atómicas: $\mathrm{Ca}=40.1$; $\mathrm{C}=12.0$; $\mathrm{O}=16.0$.

1. a) Calcula la cantidad de sustancia de $\mathrm{HCl}$, en moles, que reaccionó con el $\mathrm{CaCO_3}$.
2. b) Determina la masa de $\mathrm{CaCO_3}$ presente en la tableta y su porcentaje en masa en el medicamento. Supón que los demás componentes de la tableta no reaccionan con el ácido y que no se pierde HCl durante la expulsión del gas.

En un laboratorio de control químico se valoran $50.0\,\text{mL}$ de una disolución acuosa de ácido nítrico, $\mathrm{HNO_3}$, $0.0400\,\text{M}$ mediante la adición controlada de una disolución patrón de hidróxido de sodio, $\mathrm{NaOH}$, de concentración $0.0500\,\text{M}$ a $25\,^\circ\text{C}$.

Dato: $K_\mathrm{w} = 1.00 \times 10^{-14}$ a $25\,^\circ\text{C}$. Se asumen volúmenes estrictamente aditivos.

1. a) Determina el $\mathrm{pH}$ de la mezcla resultante tras haber adicionado $30.0\,\text{mL}$ de la disolución de $\mathrm{NaOH}$. Calcula asimismo el volumen de valorante necesario para alcanzar el punto de equivalencia y justifica el valor del $\mathrm{pH}$ en dicho punto.
2. b) Calcula el nuevo valor de $\mathrm{pH}$ de la disolución tras añadir un volumen acumulado de $45.0\,\text{mL}$ de $\mathrm{NaOH}$ (en exceso respecto al punto de equivalencia). Considera ideales las disoluciones y aditivos los volúmenes.