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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Ambiental Química I

ACIDOS Y BASES

1 INTRODUCCIÓN Uno de los capítulos primordiales en cuanto a la química inorgánica, es la de los ácidos y las bases. Ambas son sustancias químicas que tienen patrones característicos según estén clasificadas. A lo largo de la historia, se ha estudiado sus características y la relación entre sustancias de diferentes grupos, siendo la neutralización uno de estos estudios. Consiste en la formación de nuevos compuestos a partir de las primeras creando sales y agua. El objetivo de este laboratorio es poder determinar, experimentalmente, los cambios en sus indicadores y características, basados en las cantidades volumétricas y los cambios en sus reconocedores.

2 RESUMEN  En el primer experimento, se buscará la creación de una solución mediante dilución. Para ello se diluirá una solución stock de NaOH hasta que alcance 0.1 de molaridad. Para poder determinar la molaridad de la solución creada se procederá a titular con ácido clorhídrico 0.1 N mediante el uso de una bureta, el soporte y un matraz. Se coloca el ácido en el matraz y se vierte el NaOH desde la bureta. Cuando ocurra una variación en la coloración de la solución a un rojo grosella, se determinará los volúmenes usados y mediante los cálculos de equivalentes se corroborará la molaridad de la solución de NaOH.

 En el segundo experimento, se busca determinar la normalidad de una solución de ácido sulfúrico mediante la titulación con NaOH con normalidad determinada, sabiendo los volúmenes usados, se buscará medir la normalidad de ácido usada mediante el cálculo de equivalentes.

 En el último experimento se buscará observar la capacidad oxidante del ácido sulfúrico. Para ello se sumergirá un clavo de hierro en ácido con el fin de observar la oxidación del metal. Se tornará de un color rojizo que UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Ambiental Química I

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es el característico del óxido ferroso. Además se buscará hacer una experimentación cualitativa de KI con agua de cloro, con el fin de observar los cambios en la coloración de la mezcla.

3 OBJETIVOS  Conocer de manera experimental como es la neutralización de ácidos y bases.

 Verificar la validez de los conocimientos teóricos sobre ácidos y bases.

 Comprender el papel que juega el pH en los procesos Rédox.

 Observar las propiedades oxidantes y reductoras de los átomos neutros y de los iones.

 Relacionar conocimiento de neutralización con experiencias de laboratorio.

 Aprender la técnica de titulación de soluciones y compuesto en medio acuoso.

 Comprender la importancia de los procesos de reacciones químicas para la formación de nuevos compuestos.

 Aprender la preparación de una determinada solución conociendo su UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Ambiental Química I

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normalidad.

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4 FUNDAMENTO TEÓRICO 4.1

ÁCIDOS:

Los ácidos son sustancias que se caracterizan por incrementar la concentración de iones hidrógeno cuando se disuelve en agua, presenta las siguientes características:  Tiene sabor agrio.  Neutralizan las bases para dar sal y agua.  Enrojecen el papel de tornasol y mantiene incolora la fenoftaleína.

4.2

BASES:

Las bases son sustancias que disueltos en agua incrementan la concentración de iones hidróxido, presenta las siguientes características:  Tiene sabor amargo Neutralizan a los ácidos.  Azulecen el papel de tornasol y enrojecen la fenostaleína.

4.3 Se denomina oxidación a la reacción química en el cuál un átomo, ion o molécula pierde o cede electrones, entonces se dice que aumenta su estado oxidación.

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OXIDACIÓN:

de

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4.4

REDUCCIÓN:

Se denomina reducción al proceso mediante el cual una especie química gana o recibe electrones, por lo que disminuye su estado de oxidación.

4.5

REACCIONES QUÍMICAS:

Es el proceso mediante el cual unas sustancias llamadas reactivos se transforman en otras totalmente diferentes denominadas productos. 4.5.1 Ecuación Química: Es la representación de las reacciones químicas mediante símbolos químicos. 4.5.2 Reacciones Redox: Son las reacciones oxido-reducción en la cual se involucran transferencia de electrones, entre reactivos, alterando así el estado de oxidación. 4.5.3 Agente Reductor: El agente reductor es la especie química encargada de reducir a otra sustancia donando o cediendo electrones, al realizar esta donación, esta especie química se oxida, por lo que se concluye que el agente reductor es la sustancia oxidada. 4.5.4 Agente Oxidante: Es una especie química que propicia la oxidación, hace esto recibiendo electrones donados de otro elemento, convirtiéndose así en la sustancia reducida. 4.5.5 Reacciones en Medio Ácido: Las reacciones en medio ácido se caracterizan por presentar sustancias ácidas, ya que esto garantiza la presencia de iones H +

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4.5.6 Reacciones en Medio Básico: Las reacciones en medio básico presentan hidróxidos o también llamadas bases, ya que esto garantiza la presencia de iones OH-

4.6

POTENCIAL DE HIDRÓGENO (PH):

Es el término que nos sirve para indicar la concentración de iones hidrógeno en una disolución.

4.7

TITULACIÓN:

La titulación es un procedimiento usado en química para determinar la molaridad de un ácido o una base.

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5 REACTIVOS Y MATERIALES 5.1

MATERIALES

 Vaso Precipitado 400mL. Su objetivo principal es contener líquidos o sustancias químicas diversas de distinto tipo, permite obtener precipitados a partir de la reacción de otras sustancias.

 Pipeta Instrumento usado para succionar y expulsar cantidades pequeñas de sustancias líquidas.  Probeta Recipiente milimetrado para líquidos.

 Balanza de Laboratorio

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Instrumento que mide la 7 | Página

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cantidad de masa.  Tubos de Ensayo Recipientes tubulares de vidrio para transportar muestras de sustancias o para poder calentarlas.

 Frasco Lavador Recipiente con agua destilada usada para lavar los tubos de ensayo y el material que haya guardado alguna sustancia.  Gradilla Soporte para transportar los tubos de ensayo.

 Pinzas Instrumentos para sostener tubos de ensaño o crisoles.

 Varilla de Vidrio Permite mezclar sustancias en un recipiente. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Ambiental Química I

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soluciones de concentraciones definidas.

 Fiola Es un recipiente de vidrio que se utiliza sobre todo para contener y medir líquidos. Se emplean en operaciones de análisis químico cuantitativo, para preparar

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5.2

REACTIVOS

 Ácido Sulfúrico H2SO4 El ácido sulfúrico es un compuesto químico extremadamente corrosivo cuya fórmula es H2SO4. Es el compuesto químico que más se produce en el mundo, por eso se utiliza como uno de los tantos medidores de la capacidad industrial de los países. Una gran parte se emplea en la obtención de fertilizantes. También se usa para la síntesis de otros ácidos y sulfatos y en la industria petroquímica. Generalmente se obtiene a partir de dióxido de azufre, por oxidación con óxidos de nitrógeno en disolución acuosa. Normalmente después se llevan a cabo procesos para conseguir una mayor concentración del ácido. Antiguamente se lo denominaba aceite o espíritu de vitriolo, porque se producía a partir de este mineral.

 Hidróxido de Sodio NaOH El hidróxido de sodio (NaOH) o hidróxido sódico, también conocido como soda cáustica o sosa cáustica, es un hidróxido cáustico usado en la industria (principalmente como una base química) en la fabricación de papel, tejidos, y detergentes. Además, se utiliza en la industria petrolera en la elaboración de lodos de perforación base agua. A nivel doméstico, son reconocidas sus utilidades para desbloquear tuberías de desagües de cocinas y baños, entre otros.

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6 RESULTADOS 6.1 1:

EXPERIENCIA PREPARACIÓN

DE

UNA

SOLUCIÓN DE ML

DE

0.1 M

100

NaOH A PARTIR

DE UNA SOLUCIÓN DE

NaOH

1M

CÁLCULOS PREVIOS La solución se preparara por dilución por tanto el número de moles de

NaOH

será

constante:

n NaOH =n NaOH M 1 V 1 solución =M 2 V 2 solución (1 M )(V 1)=(0.1 M )( 100mL) V 1=10 mL Que quiere decir que se necesita

10 mL

de la solución de

NaOH

para preparar la solución pedida. EJECUCIÓN

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1M

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Después de medir los

10 mL de la solución de

NaOH

1 M y verterlo

en la fiola esta se enrasa con agua hasta la línea que indica

100 mL ;

por último se agita y la solución pedida está preparada.

TITULACIÓN DE LA SOLUCION PREPARADA La solución se tituló con

10 mL

de una solución patrón de HCl 0.1 N .

En la titulación se utilizó

68 mL

de la solución de

NaOH

0.1 N

En la neutralización se cumple la siguiente relación:

¿ Eq−g NaOH =¿ Eq−g HCl ( NV )NaOH ¿( NV )HCl

( 68 mL ) ( N )=( 10 mL )( 0.1 N ) N NaOH =0.015 N

6.2

EXPERIENCIA

2: DETERMINACIÓN DE

LA

NORMALIDAD

DE

UNA SOLUCIÓN DE ÁCIDO SULFÚRICO VALORACIÓN DE LA SOLUCION DE ACIDO SULFÚRICO En la valoración se utilizó

25.5 mL

de la solución de

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NaOH

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0.015 N

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El volumen de la solución de ácido sulfúrico fue

20 mL

En la neutralización se cumple la siguiente relación:

¿ Eq−g NaOH =¿ Eq−g H (NV ) NaOH ¿( NV )H

2

2

S O4

SO4

( 25.5 mL ) ( 0.015 N )=( 20 mL )( N ) NH

2

S O4

=0.02 N

6.3

EXPERIENCIA OXIDO-

3: REDUCCIÓN 1

La reacción de óxido-reducción que ocurre es la siguiente:

Cu S O4(ac)+ F e( s ) → FeS O 4(ac ) +Cu(s ) Semireacciones:

−¿ → Cu 0 2+¿+2 e ¿ (Reducción) Cu¿ −¿ 2+ ¿+2 e¿ Fe0 → Fe¿ 2

(Oxidación)

La reacción que ocurre en esta segunda parte es la siguiente

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−¿+ I 2 (ac ) +¿ Cl ¿ 0 ¿ +¿ I −¿ (ac)+Cl 2 (ac) →2 K K¿ 2¿

Semireacciones:

−¿ −¿ → 2Cl ¿ Cl 20 +2 e¿

(Reducción)

−¿ −¿ → I 20 +2 e ¿ 2 I¿

(Oxidación)

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7 OBSERVACIONES 7.1 1:

EXPERIENCIA PREPARACIÓN

DE

UNA

SOLUCIÓN DE ML

DE

0.1 M

100

NaOH A PARTIR

DE UNA SOLUCIÓN DE Al echar la gota de fenolftaleína a la solución de

NaOH

HCl 0.1 N

1M

esta seguía

con un color incoloro, en el proceso de titulación llego un momento en el cual la solución en el matraz se tornó de color grosella claro y es ahí donde finaliza el proceso de titulación.

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7.2

EXPERIENCIA

2: DETERMINACIÓN DE

LA

NORMALIDAD

DE

UNA SOLUCIÓN DE ÁCIDO SULFÚRICO

H 2 S O 4 esta seguía

Al echar la gota de fenolftaleína a la solución de

con un color incoloro, en el proceso de titulación llego un momento en el cual la solución en el matraz se tornó a color grosella claro y es ahí donde finaliza el proceso de valoración.

7.3

EXPERIENCIA OXIDO-

3: REDUCCIÓN 1

En la parte superior del clavo se adhirieron unas partículas sólidas rojizas que fueron de Cobre según la reacción:

Cu S O4( ac )+ F e (s ) → FeS O 4(ac ) +Cu(s )

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2

La reacción cambio de color a amarillo ya que se dio la liberación del yodo en estado acuoso como indica la reacción

2 KI (ac ) +Cl 2( ac ) → 2+ I 2(ac)

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8 ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS 8.1 1:

EXPERIENCIA PREPARACIÓN

DE

UNA

SOLUCIÓN DE ML

DE

0.1 M

100

NaOH A PARTIR

DE UNA SOLUCIÓN DE

NaOH

1M

Al comparar la normalidad experimental y teórica de la solución

NaOH

se procede a hallar el porcentaje de error

(

%Error=

N experimental−N teórica × 100 N teórica

)

( 0.015−0.1 ) ×100 =−85 0.1

%Error=

El porcentaje de error nos salió por defecto e indica un altísimo error esto puede ser debido a que seguramente la solución de

NaOH

1 M no era

de la concentración que indicaba esto hizo que todo el proceso posterior fuera erróneo.

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8.2

EXPERIENCIA

2: DETERMINACIÓN DE

LA

NORMALIDAD

DE

UNA SOLUCIÓN DE ÁCIDO SULFÚRICO Al comparar la normalidad experimental y teórica de la solución

H 2 S O 4 se procede a hallar el porcentaje de error

(

%Error=

N experimental−N teórica × 100 N teórica

)

×100 =−90 ( 0.02−0.2 0.2 )

%Error=

El porcentaje de error nos salió por defecto e indica un altísimo error esto puede ser debido a que seguramente la solución de

H 2 S O4 1 M

no era de la concentración que indicaba esto hizo que todo el proceso posterior fuera erróneo.

8.3

EXPERIENCIA OXIDO-

3: REDUCCIÓN 1

El sulfato de cobre

(CuS O 4 )

es una sal soluble por lo que una

disolución de esta sal contendrá iones

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2+¿ ¿ Cu

y

2−¿ S O4¿ . En un clavo

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Ambiental Química I el hierro

( F e ( s) )

está con número de oxidación 0. Los iones

reaccionan con el

F e (s )

2+¿ Cu¿

quitandole electrones, este tipo de

reacción se llama de óxido-reducción. El cobre al reducirse se transforma en cobre metálico

Cu (¿¿( S)) ¿

lleva a cabo en la superficie del clavo, el 2

y como esta reacción se

Cu(S )

se adhiere al clavo.

En esta reacción se da la liberación del yodo ya que el ion yoduro, al ser un reductor débil, es fácilmente oxidado por el cloro para transformarse en yodo (

I 2(ac)

).

9 CONCLUSIONES  Se aprendió el proceso de valoración de soluciones.

 Se aprendió a preparar soluciones diluidas de diferentes concentraciones. Para ello se necesitó mucha precisión y exactitud en la ejecución.

 En las reacciones oxido-reducción, la transferencia de electrones tiene lugar.

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10 CUESTIONARIO 10.1

EN

LA PRÁCTICA HAN NOTADO LA TITULACIÓN DE ÁCIDO

FUERTE CON UNA BASE FUERTE, PUEDEN USAR INDICADORES DE COLORES A

PH 7-8-9

10.2

CALCULAR EL ADICIONA A 50ML

VOLUMEN

HCL PH SEA

DE

SOLUCIÓN FINAL CUYO

NAOH 0.1N QUE SE 0.1M PARA OBTENER UNA DE 6, 7, 8. DE

10.2.1 Para un pH=6 (Ácido) De la neutralización, hallamos el reactivo limitante:

NaOH + HCl→ NaCl+ H 2 O

Datos:

n NaOH =0.1 M . V NaOH n HCl=0.1 M .50 ml=5 mmol

Como la solución resultante es ácida, el reactivo limitante es el NaOH. Hallamos los moles en exceso de HCl:

nexc HCl =n HCl−n NaOH =5 mmol−0.1 M . V NaOH

Hallamos la Molaridad de HCl:

[ HCl ] =

nexc HCl 5 mmol−0.1 M .V NaOH = V Sol V NaOH +50 ml

Por ser HCl un ácido fuerte: Pero

[ HCl ] =[ H ]

[ H ] =10− pH = 10−6

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V NaOH =49.49 ml

10.2.2 Para pH=7 (Neutro) Como la solución resultante es neutra, ambos reactivos se consumen totalmente:

n HCl=nNaOH

Hallamos la Molaridad de HCl:

n HCl=0.1 M .50 ml=5 mmol n NaOH =5 mmol

n NaOH =0.1 M . V NaOH =5 mmol V NaOH =50 ml 10.2.3 Para un pH=8 (Base) De la neutralización, hallamos el reactivo limitante:

NaOH + HCl→ NaCl+ H 2 O

Datos:

n NaOH =0.1 M . V NaOH n HCl=0.1 M .50 ml=5 mmol

Como la solución resultante es básica, el reactivo limitante es el HCl Hallamos los moles en exceso de NaOH:

nexc NaOH =n NaOH −nHCl =n NaOH −5 mmol

Hallamos la molaridad de HCl

[ HCl ] =

nexc NaOH n NaOH −5 mmol 0.1 M .V NaOH −5 mmol = = V Sol V NaOH +V HCl V NaOH + 50ml

Por ser NaOH una base fuerte: Pero

[ NaOH ] =[ H ]

[ H ] =10− pH = 10−8

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V NaOH =¿ 50.01ml

10.3 CALCULAR DE

NAOH

EL PORCENTAJE DE ERROR EN EL VOLUMEN

ADICIONADO

…….. NOTAR

QUE

SOLUCIONES SE DEBEN CONSIDERAR DOS F LA IMAGEEEN

:C

EN

(SE

ESTAS

ME MOVIÓ

PERO AL PARECER ES CALCULOS CON LO

QUE HICE EN EL EJERCICIO ANTERIOR E.E

11 BIBLIOGRAFÍA  Química General. Raymond Chang 2010  Química General. Whitten – Davis 2010  Química. Brown – Lemay 2010  Análisis Químico Cuantitativo. Skoog – West 2007  Whitten Kennet W. y otros. Química General.Tercera edición,Mc. Graw Hill, México, D.F. Diciembre de 1991, pp 341-351.

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ANEXOS TABLAS DE DATOS Y RESULTADOS (ANEXO 1) EXPERIENCIA 1: PREPARACIÓN DE

NaOH

0.1 M

DE

UNA SOLUCIÓN DE

A PARTIR DE UNA SOLUCIÓN DE

100

ML

NaOH

1

M Volumen solución

NaOH

de de

Volumen de

0.1 M:

HCl 0.1 N

Normalida d experimen tal

Porcent aje de error

0.1 N

0.015 N

−85

en la titulación

100 mL Volume n de solución de

Normalid ad teórica

Volume n de agua

68 mL

NaOH 1M

10 mL

90 mL

EXPERIENCIA 2: DETERMINACIÓN

DE LA NORMALIDAD DE UNA

SOLUCIÓN DE ÁCIDO SULFÚRICO Volumen solución

H 2 S O4 : 20 mL

de Volumen de Normalid de ad NaOH 0.015 N teórica en la valoración

Volume Volume n de n de 25.5 0.2 N UNIVERSIDAD NACIONAL DEmL INGENIERÍA H 2 S O4 1 Magua Página Facultad Ambiental 2 mL de Ingeniería 18 mL Química I

Normalida d experimen tal

0.02 N

Porcent aje de error

25 | −90

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HOJAS DE SEGURIDAD ÁCIDO SULFURICO H2SO4 Movilidad : ----12.2 Ecotoxicidad : 12.2.1 - Test EC50 (mg/l) : ----12.2.2 - Medio receptor : Riesgo para el medio acuático = ----Riesgo para el medio terrestre = ----12.2.3 - Observaciones : Ecotóxico en medio acuático. La ecotoxicidad se debe a la desviación del pH. 12.3 Degradabilidad : 12.3.1 - Test :------12.3.2 - Clasificación sobre degradación biótica : DBO5/DQO Biodegradabilidad = ----12.3.3 - Degradación abiótica según pH : ------12.4 Acumulación : 12.4.2 - Bioacumulación : Riesgo = ----12.5 Otros posibles efectos sobre el medio natural : Manteniendo las condiciones adecuadas de manejo no cabe esperar problemas ecológicos.

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HIDRÓXIDO DE SODIO NaOH Movilidad : 12.2 Ecotoxicidad : 12.2.1 - Test EC50 (mg/l) : Peces 189 mg/l Clasificación : Altamente tóxico. 12.2.2 - Medio receptor : Riesgo para el medio acuático Medio Riesgo para el medio terrestre Bajo 12.2.3 - Observaciones : Ecotóxico para organismos acuáticos y terrestres debido a la desviación del pH. Efectos agudos importantes en la zona de vertido.

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