EXPERIMENTO #9

TITULO: Curva de titulación de un Acido fuerte con una Base Fuerte

In this experiment you will use a pH electrode to follow the course of an acid-base

titration. You will observe how pH changes slowly during most of the reaction and

rapidly near the equivalence point. You will compute the first and second derivatives of

the titration curve to locate the end point. OBJETIVOS 1. Calcular la N teorica de soluciones de HCl y de NaOH 2. Adquirir destrezas en el manejo y uso de medidores de pH (pH meters) 3. Hacer una titulacion acido-base por el metodo potenciometrico 4. Usar el programa Excel”para graficar las curvas 5. Interpretar la curva de titulación Acido Fuerte-Base Fuerte obtenida. 6. Preparar soluciones de Acidos y Bases y calcular sus Normalidades 7. En base a las curvas obtenidas, calcular la N de una solucion de HCl (acido fuerte) TEORÍA Ver en el texto. Titulaciones Acido Fuerte-Base Fuerte, neutralización de ácidos y curva de titulación de Ácido fuerte con una Base fuerte. ( Cap. 11, pag. 271)

Reacción: OHNaClNaOHHCl 2

MATERIALES Y EQUIPO Reactivos Preparación de una solución aprox. 0.1 M de NaOH. Método #1: en un botecito de plástico, pese por diferencia aproximadamente 4 g de NaOH puro; disolver el sólido en un vaso de precipitados de 400 mL con cerca de 300 mL de agua destilada. Pasar la solución a un matraz volumétrico de 1000 mL y completar a V de un litro con agua destilada. Titular en triplicado alícuotas de 25 mL (leer el procedimiento seguido en la determinación de R) con una solución de HCl 0.1M. La solución de HCl se puede preparar a partir de una solución 1.0 M de concentración garantizada, la cual se consigue comercialmente. Calcule la M promedio de la solución de NaOH, la cual se usara en la titulación de una solución desconocida de HCl. Leer en el texto (Skoog & West) las precauciones necesarias para preparar y guardar soluciones de NaOH. Método #2: Echar 100mL de NaOH 1.0 M que se consigue comercialmente, en un matraz volumétrico de 1000 mL y complete a V con agua destilada.

Consulte con su instructor sobre el método a usar.

PROCEDIMIENTO 1. Calibre un medidor de pH usando dos soluciones normalizadas (buffer) de pH

4.0 y 10.0, respectivamente. (siga las instrucciones del manual del aparato y del instructor).

2. Tome una alícuota de 25 mL HCl 0.1 M y échela en un vaso de precipitados de 250mL. Agréguele al vaso de precipitados 50mL de agua. jjz.

El volumen gastado en la titulación ( blancoNaOHVc ) será:

blancoNaOHNaOH VVVc

CÁLCULOS

1. Calcule los volúmenes de NOH ( NaOHVc ) gastados en la titulación y con estos

datos haga una grafica de pH-versus- NaOHVc (eje x); use papel milimetrado o un

“software” de computadora como “excel”, y encuentre el punto de inflexión de la curva (consulte con su instructor). Este punto corresponde al Volumen de NaOH gastado en la neutralización del ácido. El Volumen de Equivalencia (VE)

corresponde al valor de NaOHVc ; en base al VE calcule la M de la solución de

NaOH, asumiendo que la M del HCl es 0.1 M.

(a) Calcule los valores de pH , NaOHVc y de NaOHVc

pH

, luego haga una segunda

grafica con los datos obtenidos; para esto grafique NaOHVc

pH

-versus- NaOHVc , entre

los intervalos de NaOHVc2 .

12 pHpHpH … NaOHNaOHNaOH cVcVVc 12

(b) En la grafica encuentre el punto de inflexión de la curva (consulte con su instructor). Este es un método mas preciso de obtener el VE de la titulación

HCl

NaOHNaOHNaOH

V

MxVcM

Referencia: Apéndices #3derivadaAFBD junio242005.xls

VE

Volumen

De Equivalencia

Problemas de Asignación: (Para entregar con el informe) 1. 25 mL de HCl 0.1 M se titulan con NaOH 0.1 M. Calcule las moles de HCl y la

[H3O+] que sobra al agregar los V de NaOH que aparecen en la tabla. Asuma que el V de NaOH gastado es igual a cero.

X mL NaOH mmol HCl(sobran)

[H3O+] pH

0

5

10

20

25

26

30

2. Calcule la M de un HCL concentrado (D= 1.2g/mL; %(w//w) = 37; MM= 36.5 g/mol).

3. Calcule el VHCl necesario para preparar 500 mL de solución 0.1 M de HCL. 4. Calcule las moles que sobran y la M del NaOH de la solución al agregar 30 mL

de NaOH a 25 mL de HCl 0.1M.Cuál será su pOH y su pH. 5. A la solución de HCl del problema #1 se le agregan 25 mL de HCl 0.2 M.

a. Calcule cuantos mmoles de HCl sobran y la M de la nueva solución. b. Calcule cuantos mL de NaOH 0.1M se necesitan para titular todo el HCl

presente en la nueva solución.

EXPERIMENTO # 10

Título: Curva de titulación de un Acido Débil con una Base Fuerte

OBJETIVOS: (a) Adquirir destrezas en el manejo de pipetas y medidores de pH (pH meters) (b) Graficar una curva de titulación Acido Débil –Base Fuerte (c) Interpretar una curva de titulación Acido Débil-Base Fuerte (d) Calcular la M de y el %(w/w) de un Acido Débil( Acido acético) (e) Calcular el pK y la Ka del ácido acético.

TEORÍA

Ver el texto : reacciones Acido debil-Base Fuerte y curvas de titulación (Cap. 12 pag. 301- 307)

Reacción: OHCOONaCHNaOHCOOHCH 233

MATERIALES Y EQUIPO

Reactivos

Procedimiento

a. Saque con una pipeta 6 mL de solución de vinagre y pésela en un vaso de precipitados de 50 mL; para esto coloque un vaso de precipitados de 50 mL en la balanza y tárela. Luego eche los 6 mL del vinagre en el vaso de precipitados y lea su peso.

b. Pase la muestra de vinagre a un vaso de precipitados (beaker) de 250 mL y lave el vaso de 50 mL con 5 porciones de 10 mL de agua cada una, echando el agua de los lavados en el vaso de precipitados de 250 mL.

c. Agregar 3 gotas de fenoltaleina a la muestra de vinagre. d. Calibre un medidor de pH usando dos soluciones normalizadotas

(buffer) de pH 4.0 y 10. respectivamente. (siga las instrucciones del manual). e. Coloque el electrodo del medidor de pH dentro de la solución,

comience a agitar continuamente la solución (use un agitador magnético) y lea su pH. No saque el electrodo de la solución.

f. Llene una bureta con la solución estandarizada de NaOH O.1 M (use un embudo y las precauciones necesarias descritas en el experimento de la R).

g. Coloque la bureta encima del vaso de precipitados que contiene la solución de vinagre y dispense desde la bureta 1.0 mL de la solución de NaOH 0.1M. Deje que la lectura del medidor del pH se estabilice y lea de nuevo su el pH (no saque el electrodo de la solución).

b) Continúe dispensando desde la bureta incrementos de 1.0 mL de solución de NaOH 0.1M y lea su pH después de cada incremento hasta alcanzar una lectura

de pH cercana 3.5; luego comience a agregar incrementos de 0.1 mL de solución de la solución de NaOH, agitando continuamente y, lea su pH. Al obtener un pH cercano a 9, añada incrementos de 1 mL de NaOH hasta obtener una lectura de pH mayor de 11. No se exceda de este pH porque puede dañar el electrodo.

c) Titule un blanco: mezcle 75 mL de agua destilada con 3 gotas de fenoltaleina y titule este Blanco con la solución de NaOH 0.1 M. El V gastado en la titulación del blanco (Vblanco) se le resta a todos los volúmenes de NaOH (VNaOH) obtenidos en

las titulaciónes. blancoNaOHNaOH VVVc

CÁLCULOS

(c) Calcule los volúmenes de NaOH ( NaOHVc ) gastados en la titulación y con estos

datos haga una grafica de pH- versus-l NaOHVc (eje x); use papel milimetrado o un

“software de computadora como excel”, y encuentre en la grafica el punto de inflexión de la curva (consulte con su instructor). Este punto corresponde al Volumen de NaOH gastado en la neutralización del ácido. El Volumen de

Equivalencia (VE) corresponde al valor de NaOHVc .

(d) Haga una segunda grafica con los datos obtenidos, para esto grafique DpH versus DV entre los intervalos de + o – VE obtenido en el paso anterior y encuentre en la grafica el punto de inflexión de la curva (consulte con su instructor); este es un método mas preciso de obtener el VE de la titulación.

(e) En base al VE obtenido en ambas graficas, calcule el # de moles y la masa (g) del

Ácido )( 3COOHCH presente en la solución. Asumiendo que la M de la solución de

NaOH es 0.1 M.

)(#)(

#

333

3

COOHCH

NaOH

MMCOOHCHdemolesCOOHCHgW

COOHCHdemolesMxVE

MM=60g/mol

Calcule el %(w/w) de COOHCH3 en la muestra:

100)(

)/%( 33 x

W

COOHCHgWCOOHCHww

muestra

(f) Encuentre en la gráfica el pH correspondiente a la mitad del VE o sea VE/2. En este punto: pH= pKa . En base al valor del pH, calcule el valor de pKa y de Ka.

pKa ___________ Ka= ______________

(g) Compare este valor con el valor teórico reportado en las tablas a 25◦C.

Calcule el % de Error. 100%exp

xKa

KaKaE

teórico

teórico

Nota: Este valor no es muy exacto, pero es una buena aproximación.

Fig. 1 Curva de titulación Acido Débil- Base Fuerte.

Curva de Titulación Acido Débil – Base Fuerte

Fig. 2. Curva de titulación de un Acido débil con una base fuerte (Tomado de :

http://pages.towson.edu/larkin/210DOCS/exp6.pdf )

Problemas Asignados (para entregar con el informe)

(a) Calcule la OH3 de una solución de un ácido débil (HX) 0.15 M.

Ka= 0.00002

(b) 25 mL de HX 0.1 M (Ka=0.000001) se titulan con NaOH 0.05 M. Calcule el VE, la [H30

+] y el pH al añadirle a la solución: 0, VE-1, VE/2, VE-1, VE y VE-1 ML de NaOH. Llenar la tabla.

ML de NaOH [ H3 O +] pH

0

VE-1

VE/2

VE

VE+1 *

(c) A 25 mL de un ácido (HX) 0.1 M se le agregan 50 mL de HCl 1.0 M. Calcule cuantos mL de NaOH 0.20 M se necesitan para titular la mitad del Acido presente en la solución.

(d) Calcule el pH de una solución de KCH 3 COO 0.15 M (Ka = 1.8 x 10-

)(323

33

hidrólisisOHCOOHCHOHCOOCH

KCOOCHCOOKCH

Revisado: junio-27-05

EXPERIMENTO #11

TÍTULO: MÉTODOS COLORIMÉTROS: DETERMINACIÓN DE HIERRO EN UNA MUESTRA DESCONOCIDA

OBJETIVOS a. Adquirir destrezas en la preparación de soluciones estándar b. Definir los siguientes conceptos: onda, longitud de onda, curva de calibración y

espectroscopia c. Interpretar y aplicar la ecuación de Beer-Lambert d. Adquirir destrezas en el uso de colorímetros e. Aplicar el programa “Excel” para hacer la curva de calibración que mejor convenga

(best fit) f. Usar esta curva de calibración para determinar la concentración de Hierro (Fe) en

una muestra desconocida TEORÍA Discutir en el texto (pág. 604) u otro recurso las reacciones del Hierro con Ortofenantrolina. Además, los conceptos sobre ondas electromagnéticas, Transmitancia (T). Absorbancia (A) y ley de Beer, instrumentos de medida (colorímetros) y aplicaciones (Cáp. 21, 22 y 23 del texto) Reacción: La reacción entre el Fe3+ y la O- Fenantrolina produce un complejo de color rojo conocido como Ferroína; la concentración de Hierro (Fe) en el complejo se puede de terminar colorimetricamente. Reacción: Fe3+ + 3 FenH → Fe(Fen)3+ + 3H+

PREPARACIÓN DE LOS REACTIVOS: a. Solución estándar de Hierro de 100 ppm (100 mg/L): Pese 0.702g de Sulfato

Férrico Amónico (Fe (NH4)2 (SO4)2.6H2O y eche el sólido en un vaso de precipitados de 400 mL. Luego disuelva el sólido con 100 mL de agua y 5 mL de H2SO4 concentrado (use un agitador magnético).

b. Solución de Hierro de 10 ppm (10mg/L). eche una alícuota de 25 mL de la solución de 100 ppm en un matraz volumétrico de 250mL y complete la solución a volumen de un litro con agua destilada. La solución debe agitarse fuertemente.

c. Solución de Clorhidrato de Hidroxilamina: En un vaso de precipitados de 250 mL disuelva 10 g de este compuesto con 100 mL de agua destilada.

d. Solución de Acetato de Socio 1.2M: En un vaso de precipitados de 250 mL disuelva 16.6g de este compuesto con 200mL de agua destilada.

e. Solución de Ortofenantrolina: En un vaso de precipitados de 250 mL disuelva completamente 0.2 g del compuesto en 200 mL de agua tibia,. Deje enfriar la solución antes de usarla.

PROCEDIMIENTO DETERMINACIÓN DE LA CURVA DE CALIBRACIÓN: a. Transfiera alícuotas de 0, 5, 10, 20, 40 y 60 mL de la solución de Hierro de 10 ppm

a sendos matraces volumétricos de 100 mL. Recuerde que la solución del “Blanco” no contiene Fe.

b. Añada a cada matraz 1 mL de Hidroxilamina, 10 mL de Acetato de Socio y 10mL de Ortofenantrolina.

c. Deje reposar los matraces que contienen las soluciones estándar y el Blanco entre 15 y 30 minutos. Las soluciones adquieren un color rojo debido a la formación del complejo Ferroina, con diferentes intensidades; posteriormente complete las soluciones a volumen de 100 mL con agua destilada y agítelas.

d. Haga un escaneo ( scanning) de la longitud de onda del complejo Fe-Ortofenantrolina para obtener la longitud de onda (ג) de máxima absorción del compuesto (consulte con su instructor); luego cuadre el aparato a esta longitud de onda optima obtenida (ג).

e. Llene una celda o tubo del colorímetro con la solución que contiene el Blanco. Se debe enjuagar tres veces la celda con el blanco antes de llenarla y colocarla en el porta celdas del aparato.

f. Oprima el botón del aparato correspondiente al Blanco para obtener una Absorbancia (A) igual a 0.00. En el caso de que se use un Colorímetro Spectronic, cuadre la A con el botón correspondiente; la A del Blanco debe ser igual a 0.00 unidades de A (que equivale a 100% T). Finalmente saque la celda del porta celdas.

g. Enjuague otra celda limpia y seca (equivalente) con la solución del complejo Fe-Ofenantrolina (Ferroina) de menor concentración y llénela a aproximadamente a un tercio de su volumen. Seque por fuera la celda, colóquela en el porta celdas y lea su A. Continúe el procedimiento leyendo la A de cada una de las otras soluciones y anote en la tabla #1 los valores de las A obtenidas.

h. Calcule la masa (mg) de Fe para cada uno de las alícuotas de Fe que están en los matraces volumétricos de 100 mL y llene la tabla #1,

La masa se calcula con la fórmula:

mg Fe = V ALICUOTA xC ppm

Donde, Cppm = 10 ppm

Tabla #1: Datos de la curva de calibración

V (alícuota) mL *mg de Fe A

Blanco 0.0 0.0

5

10

20

40

50

60

i. Usando el programa “Excel” y con los datos de la Tabla #1 haga la curva de

calibración para el complejo Fe-Ortofenantrolina (Ferroina): A – vs – mg de Fe. Por el método de los Mínimos Cuadrados o el programa Excel, calcule su ecuación de regresión. (Buscar en el Apéndice las instrucciones para usar el programa Excel o consulte a su Instructor).

j. Llene una celda o tubo del colorímetro con la solución que contiene el Blanco. Se

debe enjuagar tres veces la celda antes de llenarla y colocarla en el porta celdas del aparato.

TRATAMIENTO DE LA MUESTRA DESCONOCIDA: a. Transfiera tres (3) alícuotas de 25 mL de la muestra desconocida (puede ser

cualquier muestra de agua) a sendos matraces volumétricos de 100 mL. Recuerde preparar otro blanco para usarse en la determinación de las muestras desconocidas.

b. Añada a cada matraz 1 mL de Hidroxilamina, 10 mL de Acetato de Sodio y 10 mL de Ortofenantrolina.

c. Deje reposar los matraces que contienen las soluciones desconocidas y el Blanco entre 15 y 30 minutos: posteriormente complete las soluciones a volumen de 100 mL con agua destilada y agítelas.

d. Enjuague una de las celdas, y siga el procedimiento que se utilizo en el caso de las soluciones estándar. Los datos de la A obtenida para las tres muestras se colocan en la Tabla #2

e. Usando la curva de Calibración o la ecuación de Regresión obtenida para los datos de A de las soluciones estándar de Fe, calcule la masa concentración en mg/mL de Fe para cada alícuota y la masa de Fe en los 25 mL de cada alícuota.

f. Calcule la masa (mg) promedio en las tres alícuotas de Fe (W) en la muestra.

Tabla #2

Muestra desconocida

V (mL) ALÍCUOTA A *m(mg)

1

2

3

g. Calcule concentración (ppm) promedio de Fe en la muestra de agua. En el caso

de muestras desconocidas sólidas calcule el %(w/v) y el %(w/w) en las muestras.

***NOTA: En algunas ocasiones el método se utiliza para determinar el contenido de Fe en muestras sólidas (ej. algunas pastillas, metales, etc.). En este caso pese cerca 0.2g de la muestra desconocida, échela en un vaso de precipitados de 400 mL y disuélvala con 10 mL de agua y 5 mL de H2SO4 concentrado y échela en un matraz volumétrico adecuado, completando a volumen posteriormente. En caso de que la muestra no se disuelva completamente; ésta debe tratarse previamente, ya sea con ácidos o mezclas de ellos (HNO3, HC1, HC1O4, etc), calcinación, u otros métodos modernos. Consulte con su instructor sobre el método a seguir.

Fig. #1 Colorímetro Spectronic 21

Sistema Óptico-electrónico

PROBLEMAS DE ASIGNACION 1. 0.2 g de sulfato ferroso amónico (Fe (NH4)2 SO4)2.6 H2O) se disuelven en un

matraz volumétrico de 1.0 L con unas gotas de HCL y luego se completa su volumen de 1.0 L con agua de-ionizada. Calcule la concentración de Fe en solución en mg/L y en ppm.

2. Una alícuota de 25 mL de esta solución se diluye a un volumen de 500 mL, calcule su concentración en ppm de Fe.

3. Una muestra de una alambre de hierro que pesa 0.25 g, se disuelve con una mezcla de ácidos en caliente, luego se evapora y se disuelve con unas gotas de HC1 y se le agrega agua hasta obtener 500 mL de solución. De esta muestra se saca una alícuota de 20 mL y se determina el contenido de Fe. Si la alícuota contenía 0.2 MG, calcule la masa de Fe en la muestra.

4. En el experimento anterior, calcule el porcentaje (w/w) de Fe en la muestra. REFERENCIAS dl.clackamas.edu/ch105-04/spec21.htm : Procedimientos para usar el Colorímetro Spectronic 21. www.chemistry.nmsu.edu/.../UV_VIS.html: Teoría sobre Espectrofotometría Vis/IR

Harris, D.C, Quantitative Chemical Analysis, 5th edition, W. H. Freeman and Co., New York; 1999.

http://pages.towson.edu/larkin/210DOCS/exp1.pdf

http://bcs.whfreeman.com/qca/pages/bcs-main.asp?v=chapter&s=01000&n=00080&i=99080.01&o=|00020|00030|00070|00050|00080|&ns=254

http://pages.towson.edu/larkin/210DOCS/exp1.pdf

Thorn Smith Inc., 7755 Narrow Gauge Road, Beulah, MI 49617. Phone: 231-882-

4672; e-mail: www.thornsmithlabs.com.

http://alpha.chem.umb.edu/chemistry/ch313/exp%209%20spectro%20fe.pdf

a. Using Excel prepare a plot of the absorbance versus the iron concentration in units of "micrograms

Fe per sample for each standard, 0, 1, 2, 3, 4, and 5. You must calculate the total mg of Fe in each 10

μL standard.

b. Does the plot appear to conform to Beer's Law? (In order to answer this question you must

comment on whether the plot appears to be linear or show curvature and whether or not the intercept

is reasonably close to zero.)

c. Perform a regression analysis on the data. Are the regression statistics typical of a Beer's Law

analysis? In order to answer this you must comment on several things: The standard error of

regression should be less than 0.01 (see note at the end).

d. Determine the concentration of the unknown from the calibration curve in units of "micrograms Fe

per sample".

e. Determine the error in the concentration of the unknown derived from the calibration plot.

Conversion Factors

The following table presents frequently used conversion factors and equivalencies for students of

physics and chemistry. Reports of errors are cheerfully received. Click here to report an error or

to request an addition. This table is in the public domain and may be copied without limit. The

user is encouraged to download it for private use and public distribution in any form including

that of making it available on other Web servers. Equivalencies can be easily formed from the

data in this table. For example to convert 1 acre to hectares one multiplies 1 by 0.4047, so 1

acre=0.4047 hectares.

To change To

Multiply

by

acres hectares .4047

acres square feet 43,560

acres square miles .001562

atmospheres cms. of mercury 76

atmospheres torr 760

Btu/hour horsepower .0003930

Btu kilowatt-hour .0002931

Btu/hour watts .2931

bushels cubic inches 2150.4

bushels (U.S.) hectoliters .3524

centimeters inches .3937

centimeters feet .03281

cubic feet cubic meters .0283

cups ounces (liquid) 8

cubic meters cubic feet 35.3145

cubic meters cubic yards 1.3079

cubic yards cubic meters .7646

degrees radians .01745

dynes grams .00102

fathoms feet 6.0

feet meters .3048

feet miles (nautical) .0001645

feet miles (statute) .0001894

feet/second miles/hour .6818

furlongs feet 660.0

furlongs miles .125

gallons (U.S.) liters 3.7853

grains grams .0648

grams grains 15.4324

grams ounces (avdp) .0353

grams pounds .002205

hectares acres 2.4710

hectoliters bushels (U.S.) 2.8378

horsepower watts 745.7

horsepower Btu/hour .001341

hours days .04167

inches millimeters 25.4000

inches centimeters 2.5400

kilograms pounds (avdp) 2.2046

kilograms pounds (troy) 2.679

kilometers miles .6214

kilowatt-hour Btu 3412

knots nautical miles/hour 1.0

knots statute miles/hour 1.151

liters gallons (U.S.) .2642

liters pecks .1135

liters pints (dry) 1.8162

liters pints (liquid) 2.1134

liters quarts (dry) .9081

liters quarts (liquid) 1.0567

meters feet 3.2808

meters miles .0006214

meters yards 1.0936

metric tons tons (long) .9842

metric tons tons (short) 1.1023

miles kilometers 1.6093

miles feet 5280

miles (nautical) miles (statute) 1.1516

miles (statute) miles (nautical) .8684

miles/hour feet/minute 88

millimeters inches .0394

ounces (avdp) grams 28.3495

ounces (avdp) pounds .0625

ounces (liquid) pints (liquid) 0.0625

ounces (liquid) quarts (liquid) 0.03125

ounces (troy) ounces (avdp) 1.09714

pecks liters 8.8096

pints (dry) liters .5506

pints (liquid) liters .4732

pints (liquid) ounces (liquid) 16

pounds (troy) kilograms .3782

pounds (avdp) kilograms .4536

pounds ounces 16

quarts (dry) liters 1.1012

quarts (liquid) liters .9463

quarts (liquid) ounces (liquid) 32

radians degrees 57.30

rods meters 5.029

rods feet 16.5

square feet square meters .0929

square kilometers square miles .3861

square meters square feet 10.7639

square meters square yards 1.1960

square miles square kilometers 2.5900

square yards square meters .8361

tons (long) metric tons 1.016

tons (short) metric tons .9072

tons (long) pounds 2240

tons (short) pounds 2000

torr atmospheres 0.001316

torr mm Hg 1

watts Btu/hour 3.4121

watts horsepower .001341

yards meters .9144

yards miles .0005682