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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CHIHUAHUA FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS

QUÍMICA ANALÍTICA Objeto de estudio 1 “Introducción a la química analítica y volumetría por neutralización”

Elaboró: J. Roberto Muñoz Hilda Cecilia Escobedo Daniela Yenthile Rodríguez

Enero 2018

Introducción a la química analítica y volumetría por neutralización Objeto de Estudio 1 I. Presentación. Referencia Las actividades que se van a desarrollar a continuación tienen como finalidad llevarlo a la reflexión sobre el objeto de estudio a abordar, al tomar como punto de partida lo que ya se sabe es posible reconocer lo que se ignora sobre el tema, de tal manera que al interactuar con los contenidos básico y con su ambiente se pueda satisfacer dudas e inquietudes y así los conocimientos teóricos adquiridos se lleven a la práctica.

Intenciones formativas Entiende el concepto de la química analítica, sus herramientas, y las bases teóricas y prácticas en las cuales se fundamenta; explica sus divisiones y las técnicas generales más comunes. Aplicar los conceptos de acidez y basicidad, así como sus sustentos teóricos y prácticos, para la determinación de un compuesto específico aplicando técnicas volumétricas por la capacidad de una sustancia de neutralizar a otra.

II. Dispositivo de Formación A. Actividades Preliminares Sin consultar, detrás de esta hoja resuelva individualmente los siguientes cuestionamientos: 1. ¿Qué es la química analítica? 2. ¿Cómo se define una constante de equilibrio? ¿Qué aplicaciones puede tener? 3. Explique en qué consiste una valoración. 4. ¿Cómo se define una neutralización? 5. ¿Qué es una curva de titulación?

B. Actividades de aprendizaje Realizar una revisión en las fuentes de información presentadas en el programa del curso o cualquier otro texto universitario de análisis químico cuantitativo que contenga los temas de Análisis cuantitativo, y Volumetrías por neutralización. Para responder a lo siguiente de manera ordenada en su libreta de apuntes. A. INTRODUCCIÓN A LA QUÍMICA ANALÍTICA 1. ¿Qué es la química analítica? 2. Construya un glosario con los siguientes términos  Análisis químico  Gravimetría  Análisis químico cualitativo  Volumetría  Análisis químico cuantitativo  Exactitud  Métodos químicos por vía húmeda  Precisión 3. ¿Qué información importante aporta una hoja de seguridad para reactivos químicos? B. FORMAS DE EXPRESAR CONCENTRACIÓN Aclare cualquier duda que tenga acerca del siguiente formulario, y apoyándose en él, resuelva los problemas presentados. Química Analítica Objeto de Estudio 1: Introducción a la química analítica. Volumetría por neutralización

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4. Calcular el porcentaje de soluto en una solución que se prepara disolviendo 4 g de bromuro de potasio en 70 g de solución. 5.7114% 5. Cuando se evaporan 5g de solución de cloruro de sodio, se obtiene un residuo de 0.2g. ¿Cuál es el porcentaje de soluto y de solvente en la solución? 4% y 96% 6. ¿Cuántos gramos de hidróxido de sodio se requieren para preparar 250g de una solución al 3%m/m? 7.5 g 7. ¿Qué volumen de solución se requieren para disolver 40 g de sal y obtener una solución al 25%m/v? 160 ml 8. ¿Cuántos gramos de sulfato de cobre hay en 500g de solución al 5%m/m? 25 g 9. ¿Cuál es el porcentaje m/v de una solución que contiene 16g de KOH en 75 ml de solución? 21.33% 10. Se mezcla 10 ml de alcohol en 150ml de agua. ¿Cuál es el porcentaje de soluto? 6.25% 11. ¿Cuántos mililitros de alcohol se requieren para preparar 200ml de una solución acuosa al 10%? 20 ml 12. Determine la cantidad de gramos de agua que debe añadirse a 0.25 g de sacarosa para preparar una solución acuosa al 2.5 % en peso 9.75 g 13. Una solución de sulfato de magnesio, tiene una concentración de 43.2 % en masa. ¿Cuántos gramos de esta solución contendrán 5 g de la sal? 11.57 g 14. El tequila posee una concentración de 37.5% v/v de alcohol. a) ¿Qué significa 37,5% v/v? b) ¿Cuántos ml de soluto habrá en 40,0 ml de solución? 15 ml c) Si se agrega agua a estos 40,0 ml de solución hasta completar 150,0 ml. ¿Cuál será el % v/v de la solución resultante? 10 % 15. ¿Cómo prepararía 1600 ml de una solución acuosa de arcilla de concentración 120 ppm? Aforando 192 mg de arcilla a 1600 ml 16. Una suspensión coloidal (solución constituida por un sólido finamente dividido disperso en un líquido), se forma con un finísimo polvo de carbón (de esta mezcla se produce la Tinta China) y Química Analítica Objeto de Estudio 1: Introducción a la química analítica. Volumetría por neutralización

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1215 ml de solución. Si el análisis demuestra que su concentración es de 750 ppm, ¿cuánto carbón se utilizó para prepararla? 911.25 mg 17. En un análisis atmosférico en el centro de la capital al medio día; se encontró, después de aspirar y filtrar (durante media hora), un volumen de 200 ml de aire por segundo, que se retuvo 0,037 kg de carbón, producto de la contaminación ambiental, provocada por los motores de combustión interna. ¿Cuál era la concentración en ppm a esa hora? 102.777 ppm 18. ¿Cuántos gramos de cloruro de potasio hay en 1 litro de una solución acuosa 0,05 M 3.727 g 19. Determinar la molaridad de 5 litros de solución acuosa que contiene 125 gr de hidróxido de litio. 1.043 M 20. ¿Cuántos gramos de ácido nítrico hay presentes en 1500 ml de una solución 2M? 189.03 g 21. Determinar la concentración molar de una solución donde a 128 gramos de sulfato cúprico, se le agregó agua hasta completar un volumen de 200 ml. 4.01 M 22. Una persona que padece úlceras tiene una concentración de 0,077 M de HCl en el jugo gástrico. Si se segregan diariamente 3 litros de jugo gástrico ¿qué masa de ácido se produce el estómago? 8.4199 g 23. ¿Cuál será la molaridad del ácido clorhídrico concentrado, si su densidad es 1,18 g/ml y su concentración 37 % en masa? 11.97 M 24. Se desean preparar 250 ml de solución de ácido nítrico 1 M a partir de un ácido comercial cuya densidad es 1,43 g/ml y su pureza 77 % m/m. Calcule el volumen del ácido que necesite para preparar esta solución. 14.3 ml 25. Calculo del peso miliequivalente para las siguientes sustancias: a. Cloruro de calcio e. Ácido fosfórico b. Ácido nítrico f. Fosfato de magnesio c. Hidróxido de aluminio g. Ácido acético d. Hidróxido de calcio h. Cloruro de litio 26. El peso equivalente de un ácido es 100; ¿a qué volumen es necesario diluir 5 g para obtener una solución 0.1 N? 500 ml 27. ¿Cuantos gramos de hidróxido de sodio contiene medio litro de solución 0,05 N? 1 g 28. ¿Cuantos gramos de ácido clorhídrico contiene un litro de solución 0,25 N? 9.115 g 29. ¿Cuantos gramos de cloruro de sodio contienen dos litros de solución 0.1250 N? 14.6 30. Calcular la normalidad de las mezclas de soluciones en los dos siguientes dos casos: Mezcla 1 Mezcla 2 600 ml 0.9672 N 500 ml 0.1935 N 400 ml 0.9105 N 400 ml 0.4552 N 1000 ml 1.0028 N 10 ml 0.2507 N Normalidad mezcla 1 = Normalidad mezcla 2= 0.9736 N 0.30916 N C. PREPARACIÓN DE SOLUCIONES 31. ¿Qué es un estándar primario? 32. ¿En qué se diferencian los términos diluir y aforar? 33. ¿Qué pasos son necesarios para preparar una solución a partir de un reactivo sólido? 34. ¿Cuál es el procedimiento para preparar una solución a partir de un reactivo líquido? 35. ¿Cómo se define una solución exacta? ¿Qué es una solución aproximada? 36. ¿En qué consiste la valoración de una solución, y cuando es necesario realizarla? 37. ¿De qué manera se puede preparar una solución de menor concentración a partir de una más concentrada? 38. Se poseen 100 ml de una solución inicial de carbonato de sodio con concentración 0,1 N y se busca preparar una solución 0,044 N a partir de la primera.

Química Analítica Objeto de Estudio 1: Introducción a la química analítica. Volumetría por neutralización

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a. ¿Cuál será el procedimiento por seguir para preparar la segunda solución? Agregando 127.27 ml de solvente a la solución inicial. b. La cantidad de miliequivalentes de cloruro en la nueva solución, ¿será la misma, mayor o menor que en la primera solución? ¿Por qué? 39. ¿Qué volumen de agua es necesario agregar a 900 ml de una solución aproximadamente normal de ácido clorhídrico, la cual por titulación indico contener 37.92 g de ese ácido en un litro, para hacerla exactamente normal? 36.29 ml 40. Una solución acuosa es de 25 % masa ¿Cuánta agua hay que agregar a 85 g de esta solución para que se transforme en una de 10 % masa? 127.5 g de agua 41. Se dispone de una solución de ácido sulfúrico al 8,042% p/v. ¿Qué cantidad de ella es necesario diluir hasta dos litros para obtener una solución exactamente 0,2 N? 243.91 ml 42. Calcule el número de mililitros de ácido fosfórico concentrado 12 N que se debe añadir al agua para preparar medio litro de una solución 0,1 N. 4.16ml 43. ¿Cuál es el procedimiento para aumentar la concentración de una solución diluida? 44. Teniendo inicialmente 200 ml de una solución 0,5 N de cloruro de calcio, se prepararán 500 ml de una solución con concentración 1 N. a. ¿Cuál será el procedimiento para preparar la segunda solución? Añadir 22.2 g de cloruro de calcio a la solución inicial y aforar a 500. b. La cantidad de miliequivalentes de cloruro en la nueva solución, ¿será la misma, mayor o menor que en la primera solución? Mayor ¿Por qué? Se concentró la solución c. ¿Cuántos gramos de la sal fueron adicionados durante el procedimiento? 45. Se tienen 10 ml de una solución 0,2 N de ácido clorhídrico, y se busca preparar 100 ml de una solución de concentración 0,5 N. Sabiendo que se tiene además un ácido con una pureza de 38%, su densidad es de 1.18 g/ml. a. ¿Cuál será el procedimiento para preparar la segunda solución? En un matraz volumetrico de 100 ml se le vierte los 10 ml de la solución al 0.2N y se le agrega 3.9 ml de la solución que se encuentra al 38% de pureza y finalmente se afora. b. La cantidad de miliequivalentes de ácido en la nueva solución, ¿será la misma, mayor o menor que en la primera solución? Mayor ¿Por qué? Se concentra la solución 46. ¿Qué ocurrirá al mezclar una solución ácida con otra ácida? ¿Existirá una reacción al combinar dos soluciones básicas? 47. Se mezclan 75 ml de una solución de ácido sulfúrico 0,065 N con 25 ml de concentración 0,08 N del mismo ácido. a. ¿Qué normalidad tendrá la nueva solución? 0.06875 N b. Determine el pH de los dos ácidos iniciales, así como el pH de la nueva solución. 1.187; 1.096; 1.162 48. Se poseen 50 ml de una solución de hidróxido de potasio 0,069 N y se le adicionan 25 ml de concentración 0,12 N de la misma base. a. ¿Qué normalidad tendrá la nueva solución? 0.086N b. Determine el pH de las dos bases iniciales, y el pH de la nueva solución. 12.83, 13.079, 12.934 49. Se mezclan 65 ml de una solución de sulfato de magnesio, cuya concentración es de 27 % p/v, con 35 ml de otra solución de la misma naturaleza, cuya concentración es de 12,5 % p/v. ¿cuál es la concentración de la nueva solución obtenida? 3.64 N 50. ¿Cuál será la normalidad de una solución obtenida mezclando 250 ml de solución al 5,76% p/v de ácido nítrico, con 500 ml de otra solución 0,9120 N del mismo ácido? 0.9127 N D. REACCIONES DE NEUTRALIZACIÓN 51. ¿Cómo se define la fuerza de los ácidos? 52. ¿Qué diferencias existen entre una base fuerte y una débil? Química Analítica Objeto de Estudio 1: Introducción a la química analítica. Volumetría por neutralización

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53. ¿Cómo se aplica la constante de equilibrio en los ácidos disociados? ¿De qué manera lo hace en la disociación de las bases? 54. ¿Cómo se calcula el pH de una solución “fuerte”? 55. ¿De qué manera se calcula el pH en soluciones “débiles”? 56. ¿Cuál será el pH de una solución de ácido clorhídrico que se preparó usando 2,05 ml de ácido comercial (1,18 g/ml y pureza 38 %p/p) en 2 litros de solución? 1.899 57. Una solución de hidróxido de sodio se preparó diluyendo 0.399 gramos en 2000 mililitros de solución. ¿Cuál será el pH de dicha solución? 11.69 58. Calcula el pH de una disolución de ácido fórmico 0,2 molar, sabiendo que Ka= 1.8x10-4. 2.228 59. Se desean preparar 500 ml de una solución de amoniaco de pH 10. ¿Qué masa de amoniaco tendrá que disolver para prepararla? Kb, es 1.8x10-5 a 25ºC. 5.572mg 60. Calcular el pH de un litro de una solución 0,01M de ácido acético, sabiendo que su constante de acidez, Ka, es 1.8x10-5 a 25ºC. 3.37 E. ANÁLISIS VOLUMÉTRICO POR NEUTRALIZACIÓN 61. Defina punto de equivalencia 62. ¿En qué consiste el punto final de una valoración? 63. ¿Qué peso máximo de carbonato de sodio Q.P. (Químicamente puro) debe usarse para titular una solución aproximadamente 0,2 N de ácido clorhídrico, de manera que no se usen más de 40 ml del ácido? 423 mg 64. Calcular el peso de muestra de ácido oxálico cristalizado comercial, para que reúna la condición de que al ser titulado con una solución 0,1 N de hidróxido de sodio, cada mililitro de esta corresponda al 2% de ácido en la muestra titulada. 0.315g 65. Se pesan 0.5 g de carbonato de sodio, puro y seco, y se disuelven en agua completando el volumen a 200 ml. De estos, 25 ml equivalen a 17 ml de una solución de ácido clorhídrico, 20 ml de la cual a su vez corresponden a 17 de una solución de hidróxido de sodio. 25 ml de esta última neutralizan a 20 ml de una solución de ácido sulfúrico. ¿Cuál es la concentración de este ácido expresada en gramos por cada 100 ml? 0.49 g en 100 ml 66. ¿Cuál será el porciento de ácido sulfúrico de una solución, teniendo en cuenta que 10 ml de ella requieren para su titulación 42,2 ml de hidróxido de sodio 0,1 N? 2.061%m-v 67. El porciento de ácido acético en una muestra de vinagre se valora midiendo 10 ml de este y titulándolo con hidróxido de sodio 0,2051 N, del cual se emplean 39 ml. ¿Cuál es el porciento de ácido acético? 4.8% m-v 68. Con un carbonato de calcio de 98.2% de pureza se titula una solución de ácido clorhídrico; 32 ml del ácido reaccionan con 0.5 g de la sal; calcular la normalidad del ácido. 0.306 N 69. ¿Cuantos mililitros de solución 1,098 N son equivalentes a 42,80 ml de solución 1.047 N? 40.81ml 70. ¿Qué normalidad debe tener una solución de ácido clorhídrico, para que al titular muestras de carbonato de sodio cristalizado (decahidratado), que pesan un gramo, cada mililitro corresponda al 2% de la sal? 0.1398N 71. Cuando se derrama ácido, se puede neutralizar su efecto utilizando carbonato de sodio. Si se neutralizan 50 ml de disolución de HCl con 12 g de carbonato ¿de qué concentración es la disolución de ácido? 4.5283N 72. Se añaden 6 g. de hidróxido de litio en la cantidad de agua necesaria para obtener 750 ml de disolución. Calcule: a. El pH de la disolución resultante 13.5241 Química Analítica Objeto de Estudio 1: Introducción a la química analítica. Volumetría por neutralización

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b. ¿Qué volumen de ácido clorhídrico 0,1 N se necesitaría para neutralizar a 250 ml de la disolución anterior? 835.75 ml 73. Para determinar el porciento de carbonato de sodio decahidratado en un producto se pesan 5 g de la muestra, se disuelven y el volumen se lleva a 500 ml. De esta solución 25 ml se titulan con 16.2 ml de solución 0.0912 N de ácido clorhídrico. Calcular el porciento del compuesto decahidrato en la muestra. 84.5% 74. Al determinar el porciento de hidróxido de sodio en una substancia que no contiene otro álcali, se encontró que 0.5 g de la muestra requieren 23.32 ml de ácido clorhídrico 0.1070 N. Calcular el porciento. 19.46% 75. ¿A qué se le conoce como retrotitulación o valoración en retroceso? 76. ¿En qué situaciones es recomendado realizarla? 77. Teniendo una muestra de un antiácido, se pesa 1 gramo y se afora en un volumen de decimo de litro. Se toma una alícuota de 10 ml y se titula con ácido clorhídrico gastándose 11 ml; se adiciona un exceso de 4 ml del ácido. Este se retrotitula con hidróxido de sodio, gastándose 7 ml. Si las normalidades del ácido y la base son 0.052 N y 0.048 N, calcule: a. La cantidad de gramos de hidróxido de magnesio en la muestra. 0.129g b. El porcentaje de hidróxido de magnesio en el antiácido. 12.9% 78. Para determinar el porciento de carbonato de calcio en un producto, se pesan 0.5 g de este y se hace reaccionar con 100 ml de ácido clorhídrico 0.1500 N. El exceso de ácido requiere para su titulación 43.2 ml de solución de hidróxido de sodio 0.1250 N. ¿Cuál es el porciento de carbonato de calcio en la muestra? 96.07% 79. Se disuelven 3.5 gramos de una muestra que contiene hidróxido de calcio en agua hasta obtener 150 ml de disolución. A continuación, se toman 20 ml de esta disolución y se neutralizan con ácido clorhídrico 0.08 N, para lo que se emplean 15 ml de este ácido, se adicionan 5 ml más de exceso. Se realiza una retrotitulación con 5.6 ml de hidróxido de sodio 0.1 N, ¿cuántos gramos corresponden a hidróxido de calcio? 8.256%; 0.289g 80. Una muestra de carbonato de calcio, puro y seco, que pesa 0.75 g se trató con 50 ml de una solución de ácido clorhídrico. El exceso de esta requirió 10.37 ml de una solución alcalina, y 40 ml de esta equivalen a 45 ml de la solución acida. Calcular la normalidad de ambas soluciones. 0.3913 N; 0.4402 N 81. ¿En qué consiste el título de una solución? 82. Una solución de hidróxido de potasio tiene una concentración 0,048 N. Calcular su título expresado en términos de: a. Ácido oxálico cristalizado 3.024x 10-3 c. Ácido sulfúrico 2.35 x 10-3 -3 b. Ácido fosfórico 1.56 x 10 d. Ácido nítrico 3.024 x 10 -3 83. Calcular la normalidad de una solución de carbonato de sodio, cuyo título expresado en ácido clorhídrico es 0.043 g. 1.19 N 84. 8.5 ml de una solución de hidróxido de sodio, cuyo título en ácido clorhídrico es 0.066 g, neutralizan 15 ml de una solución de ácido cítrico cristalizado. ¿Cuál es la normalidad de este último? 1.037N 85. ¿Cómo se expresa la ecuación de Henderson-Hasselbalch? ¿Para qué se utiliza? 86. Calcule el pH de una mezcla de 10 moles de lactato de potasio y dos moles de ácido clorhídrico en un litro de solución acuosa al finalizar la reacción. El pKa del ácido láctico es 3.86 4.46 87. ¿Cuál será el pH de la solución que resulta al mezclar dos soluciones acuosas que contienen, 100 ml de ácido acético 0,105M y 50 ml de una solución de acetato de sodio 0,1234 M en un volumen final de un cuarto de litro? Ka= 1.8x10-5. 4.51 Química Analítica Objeto de Estudio 1: Introducción a la química analítica. Volumetría por neutralización

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88. ¿En qué consiste una curva de valoración? 89. Construya una tabla donde se enlisten al menos diez indicadores, mencionando en que rango de pH trabaja, que coloración tiene en medio ácido y cuál es su coloración en medio básico 90. Se tienen 5 ml de hidróxido de sodio 0.05 M en un matraz erlenmeyer; se colocan ácido clorhídrico 0.05 M en una bureta y comienza a agregarse 1 ml en cada ocasión hasta gastar 10 ml. Determine: a. ¿Qué pH tendrá la solución en cada adición? 12.69; 12.52; 12.33; 12.09; 11.74; 7; 2.34; 2.07; 1.93; 1.84; 1.778 b. ¿Qué volumen de titulante se tendrá que adicionar para alcanzar el punto de equivalencia? 5 ml c. ¿Cuál será el pH en este punto? 7 d. Construya la curva de valoración con los resultados obtenidos. 91. 15 ml de una solución de ácido fórmico de concentración 0.0101 M se titulan con hidróxido de sodio 0.0108 M, agregando 3 ml en cada ocasión hasta llegar a un volumen de 21 ml. La K a del ácido fórmico es 1.8 x 10-4. a. ¿Qué pH tendrá la solución en cada ocasión? 2.89; 3.17 b. ¿Qué volumen de la base se necesita para alcanzar el punto de equilibrio? 14.027 c. ¿Cuál será el pH al llegar a este punto? 7.73 d. Construya la curva de valoración 92. Una solución de un ácido HA de concentración 0.111 M se coloca en una bureta, en cada ocasión se harán adiciones de 2 ml hasta completar 20 ml, a un matraz que contiene 15 ml de una solución de hidróxido de amonio 0.09 M. La Kb de la base es 1.8 x 10-5. Calcule: a. El pH que tendrá la solución en cada uno de los puntos. b. Cuanto ácido se requiere para llegar al punto de equivalencia. c. ¿Cuál será el pH al llegar a este punto? d. Dibuje la curva de valoración

C. Evidencias de Desempeño Realizar las siguientes prácticas de Laboratorio y entregar los reportes: 1. Preparación y valoración de una solución de ácido fuerte y una base fuerte 2. Determinación de acidez en alimentos 3. Determinación de hidróxido de magnesio en leche de magnesia por retrotitulación 4. Determinación de carbonato de sodio por titulación directa y por retrotitulación Explique, en las discusiones y conclusiones de cada reporte, la utilidad de estas técnicas y cuál es su relación con el aprendizaje obtenido en las actividades A y B.

III. Dispositivo de Evaluación Evaluación Teórica. 

100% Examen escrito

En este objeto de estudio, todo el trabajo es de manera individual, así como sus calificaciones.

IV. Referencias bibliográficas 1. Skoog Douglas A. Fundamentos de Química Analítica. 9ª Edición, 2014. 2. Harris Daniel C. Análisis Químico Cuantitativo. 3ª Edición, 2016.

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