titulación potenciométrica de un ácido débil con una base fuerte

1

TITULACIÓN POTENCIOMÉTRICA

DE UN ÁCIDO DÉBIL CON UNA BASE FUERTE. [1]

Luis Pedroza, Carolina Vesga, Jorge Hernández

Universidad del Atlántico - Departamento de Química – Química analítica IV

Barranquilla – Atlántico - Colombia

22 de abril del 2013

Resumen

En la práctica realizada se determinó la concentración de una solución de ácido acético (CH3COOH), así como

su punto de equivalencia cuando reacciona con una base fuerte como el hidróxido de sodio (NaOH). Para esto

se utilizó varios métodos como la primera derivada, la segunda derivada, el método de Gran y el método

directo. Con la ayuda de un pH metro se determinó el pH para cada volumen adicionado del titulante y

utilizando indicadores como el rojo de metilo y fenolftaleína se determino el efecto que estos causan en el punto

de equivalencia.

Palabras Clave: Punto de equivalencia, indicadores, métodos de la primera y segunda derivada, método de

Gran.

Abstract

In practice the concentration was determined on a solution of acetic acid (CH3COOH) and its equivalence point

when reacted with a strong base such as sodium hydroxide (NaOH). This was done using various methods such

as the first and second derivatives, Gran method and the direct method. With the help of a pH meter pH was

determined for each volume of titrant added and using indicators such as methyl red and phenolphthalein, we

determined the effect they cause on the equivalence point.

Keywords: Equivalence point, indicators, methods of the first and second derivatives, Gran method.

1. Introducción.

En el análisis cuantitativo son muy utilizadas las

valoraciones potenciométricas, por cuanto los

resultados que se obtienen son bastante precisos, las

valoraciones potenciométricas se fundamentan por la

existencia de especies iónicas las cuales se producen

mediante reacciones de oxido-reducción o más

conocidas como Reacciones Redox, en estos sistemas

es interesante el cambio del estado de oxidación el cual

se entiende cuando se obtiene una polarización del 100

% produciéndose así cationes y aniones, también en

estas reacciones se transfieren electrones desde una

unidad (un átomo, molécula o ion) a otra, por ello el

proceso tiene que transcurrir simultáneamente, debido a

que mientras una especie se oxida (cede electrones) la

otra especie necesariamente se tiene que reducir (recibe

electrones) o viceversa.

L. Pedroza; C. Vesga; J. Hernández – Titulación Potenciométrica de un ácido débil con una base fuerte

2

En las valoraciones potenciométricas y como en toda

determinación volumétrica es necesario que la

estequiometría esté perfectamente establecida, que la

cinética de la reacción sea rápida y que el punto final

sea cercano al punto de equivalencia.

El punto de equivalencia de la reacción de

valoración se determina por la aparición de un punto

singular en la curva de valoración, potencial vs

cantidad de reactivo añadido. La detección de ese

punto final puede establecerse de diferentes formas:

Método directo: consiste en graficar la variación

del potencial en función del volumen de titulante

añadido. El punto de inflexión en la parte

ascendente de la curva se estima visualmente y se

toma como punto final.

Método de la primera derivada: implica calcular y

graficar el cambio de potencial (E) por unidad de

volumen (V), E/V, en función del volumen

promedio para obtener una curva con un máximo

que corresponde al punto de inflexión. El punto

final es el volumen correspondiente al valor más

alto de E/V, ya que este valor es justamente la

pendiente de la curva E vs. V.

Método de la segunda derivada: consiste en

graficar (E/V)/V contra V. El punto final es el

valor de V donde la curva cruza la abscisa, o sea el

punto de intersección de la segunda derivada con

cero. En este punto (E/V)/V pasa de un valor

positivo a un valor negativo.

Método de Gran: consiste en graficar V/E o sea

el recíproco de E/V, en función del volumen

promedio del titulante. Antes y después del punto de

equivalencia V/E varía linealmente con el

volumen V, produciéndose dos líneas rectas que se

interceptan en el punto de equivalencia.

En este caso el potencial que se mide es el potencial de

hidrogeno, pH.

2. Objetivos.

- Evaluar el punto de equivalencia de la reacción

ácido-base entre una base fuerte y un ácido

monoprótico débil, utilizando la curva de

valoración, el gráfico de la primera y segunda

derivada y el gráfico de Gran.

- Comparar el valor del pH de viraje de los

indicadores rojo de metilo y fenolftaleína con

los datos reportados en tablas.

3. Desarrollo experimental.

- Se vertieron 25 mL de CH3COOH

aproximadamente 0.1 M en un vaso precipitado

de 250 mL, se diluyó la solución con

aproximadamente 100 mL de agua.

- Posteriormente se realizó el montaje para la

titulación: ajuste del agitador magnético,

bureta, barra magnética en el vaso, se insertó el

electrodo de vidrio, se agitó la solución y se

midió el pH inicial antes de adicionar NaOH

registrando el valor medido.

- Luego se adicionó 1 mL de NaOH, (base

titulante), se registró el pH y el volumen, de la

misma forma, adicionando volúmenes de 5, 10,

15 y 20 mL de la base. Después se adicionó el

titulante a intervalos de 1 mL hasta casi obtener

el punto de equivalencia, 21, 22, 23, 24 mL.

Luego se adicionó fracciones de 0.1 mL hasta

obtener el punto de equivalencia.

- Finalmente, se realizó 3 lecturas adicionales

agregando 1, 5 y 10 mL de exceso del titulante.

- Se repitió el mismo procedimiento con dos

alícuotas adicionales de CH3COOH 0.1 M, a

uno se le adicionó indicador rojo de metilo y a

la otra, fenolftaleína. Observando los valores

de pH al que estos indicadores cambian de

color.


3

4. Resultados y Análisis.

4.1 Titulación potenciométrica sin indicadores químicos.

En la titulación se utilizó una alícuota de 25 mL de CH3COOH, se obtuvo los potenciales para cada mL de NaOH

agregado; en la tabla 1, se muestran los resultados de la titulación, además de los cálculos pertinentes para hallar

los puntos de equivalencia por los métodos de primera y segunda derivada y método de Gran.

Se resalta el punto de equivalencia para la valoración, en cada método en su respectiva gráfica.

Tabla 1. Valoración potenciométrica sin indicador

Datos Primera Derivada Segunda Derivada Gran

V (mL) pH V (mL) ∆pH/∆V V (mL) ∆pH2/∆V

2 V(mL) ∆V/∆pH

0 2,92 0,5 0,27 1,75 -0,02 0,5 3,7037037

1 3,19 3 0,15 5,25 -0,0288 3 6,66666667

5 3,79 7,5 0,078 10 -0,006 7,5 12,8205128

10 4,18 12,5 0,068 15 0,01 12,5 14,7058824

15 4,52 17,5 0,082 19 0,023902439 17,5 12,195122

20 4,93 20,5 0,11 21 0,019069767 20,5 9,09090909

21 5,04 21,5 0,13 22 0,038222222 21,5 7,69230769

22 5,17 22,5 0,17 23,025 0,080775912 22,5 5,88235294

23 5,34 23,55 0,25454545 23,9 0,108884724 23,55 3,92857143

24,1 5,62 24,25 0,36666667 24,35 0,132242672 24,25 2,72727273

24,4 5,73 24,45 0,5 24,55 0,03306288 24,45 2

24,5 5,78 24,65 0,53333333 24,75 0,165325285 24,65 1,875

24,8 5,94 24,85 0,7 24,9 0,099599198 24,85 1,42857143

24,9 6,01 24,95 0,8 25 0,59760479 24,95 1,25

25 6,09 25,05 1,4 25,1 -0,199204771 25,05 0,71428571

25,1 6,23 25,15 1,2 25,2 0,298811881 25,15 0,83333333

25,2 6,35 25,25 1,5 25,3 0,996055227 25,25 0,66666667

25,3 6,5 25,35 2,5 25,3875 1,495575221 25,35 0,4

25,4 6,75 25,425 4 25,45 3,592934249 25,425 0,25

25,45 6,95 25,475 7,6 25,5125 3,888551859 25,475 0,13157895

25,5 7,33 25,55 11,5 25,6 -5,777387914 25,55 0,08695652

25,6 8,48 25,65 5,7 25,7 -2,291067961 25,65 0,1754386

25,7 9,05 25,75 3,4 25,8 -0,996131528 25,75 0,29411765

25,8 9,39 25,85 2,4 25,9 -0,298843931 25,85 0,41666667

25,9 9,63 25,95 2,1 26,975 -1,538464286 25,95 0,47619048

26 9,84 28 0,44 31,5 -0,3056 28 2,27272727

30 11,6 35 0,058 27,5 0,431375 35 17,2413793

40 12,18 20 0,3045 10 - 20 3,28407225


4

0

2

4

6

8

10

12

14

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

pH

mL NaOH

Grafico 1. Método directo titulación sin

indicador

0

2

4

6

8

10

12

14

0 5 10 15 20 25 30 35 40

∆p

H/∆

V

mL NaOH

Grafico 2. Método de la 1° derivada titulación sin

indicador


5

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

0 5 10 15 20 25 30 35

mL NaOH

Grafico 3. Método de la 2° derivada titulación sin

indicador

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 5 10 15 20 25 30 35 40

mL NaOH

Grafica 4. Método Gran titulación sin indicador


6

4.2 Titulación con fenolftaleína

Se realiza la titulación utilizado como indicador fenolftaleína. Obteniéndose los resultados de la tabla 2. Se observa viraje

en la solución a un pH de 8,33. En la literatura se encuentra que el viraje de este indicador es en un pH de 8,2[2]

. La

diferencia de pH se pudo deber a errores experimentales tales como la calibración del pH metro y el volumen adicionado

del titulante.

Tabla 2. Titulación potenciométrica con fenolftaleína

Datos Primera Derivada Segunda Derivada Gran

V (mL) pH V (mL) ∆pH/∆V V(mL) ∆pH2/∆V

2 V(mL) ∆V/∆pH

0 2,95 0,525 0,35238095 1,775 -0,0312794 0,525 2,83783784

1,05 3,32 3,025 0,172151899 5,2625 -0,03474793 3,025 5,80882353

5 4 7,5 0,086 10 -0,0096 7,5 11,627907

10 4,43 12,5 0,07 15 0,011428571 12,5 14,2857143

15 4,78 17,5 0,086 19 0,02902439 17,5 11,627907

20 5,21 20,5 0,12 21 0,019069767 20,5 8,33333333

21 5,33 21,5 0,14 22 0,038222222 21,5 7,14285714

22 5,47 22,5 0,18 23 0,095744681 22,5 5,55555556

23 5,65 23,5 0,28 23,775 0,312681913 23,5 3,57142857

24 5,93 24,05 0,6 24,1 -0,09958592 24,05 1,66666667

24,1 5,99 24,15 0,5 24,2 -0,09958763 24,15 2

24,2 6,04 24,25 0,4 24,3 0,199178645 24,25 2,5

24,3 6,08 24,35 0,6 24,4 -1,2384E-14 24,35 1,66666667

24,4 6,14 24,45 0,6 24,5 -8,8456E-15 24,45 1,66666667

24,5 6,2 24,55 0,6 24,6 -0,19918864 24,55 1,66666667

24,6 6,26 24,65 0,4 24,7 0,896363636 24,65 2,5

24,7 6,3 24,75 1,3 24,8 4,59994E-14 24,75 0,76923077

24,8 6,43 24,85 1,3 24,9 -0,59759519 24,85 0,76923077

24,9 6,56 24,95 0,7 25 0,896407186 24,95 1,42857143

25 6,63 25,05 1,6 25,1 0,996023857 25,05 0,625

25,1 6,79 25,15 2,6 25,2 10,15960396 25,15 0,38461538

25,2 7,05 25,25 12,8 25,525 -10,4425388 25,25 0,078125

25,3 8,33 25,8 2,13 27,3 -1,72 25,8 0,46948357

26,3 10,46 28,8 0,21 32,55 -0,13487603 28,8 4,76190476

31,3 11,51 36,3 0,04 28,475 0,436615563 36,3 25

41,3 11,91 20,65 0,288377724 10,325 - 20,65 3,46767422


7

0

2

4

6

8

10

12

14

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

pH

mL NaOH

Grafico 5. Método directo titulación con

Fenolftaleina

0

2

4

6

8

10

12

14

0 5 10 15 20 25 30 35 40

∆p

H/∆

V

mL NaOH

Grafico 6. Método de la 1° derivada titulación

con Fenolftaleina


8

-15

-10

-5

0

5

10

15

0 5 10 15 20 25 30 35

∆2

pH

/∆V

2

mL NaOH

Grafico 7. Método de la 2° derivada titulación

con Fenolftaleina

-5

0

5

10

15

20

25

30

0 5 10 15 20 25 30 35 40

∆V

/∆p

H

mL NaOH

Grafico 8. Método Gran con Fenolftaleina


9

4.3 Titulación con rojo de metilo

Se realiza el mismo procedimiento con el indicador rojo de metilo, en la tabla 3 se observa los resultados obtenidos así

como el viraje en el color de la solución a un pH de 5,94. En la literatura se encuentra que actúa entre pH 4,2 y 6,3

variando desde rojo (pH 4,2) a amarillo (pH 6,3). Se tiene buena aproximación entre el pH experimental y el teórico

respecto al viraje del indicador.[2]

Tabla 3. Titulación potenciométrica con rojo de metilo

Datos Primera derivada Segunda derivada Gran

V (mL) pH V (mL) ∆pH/∆V V (mL) ∆pH^2/∆V^2 V(mL) ∆V/∆pH

0 2,93 0,5 0,23 1,75 -0,0133333 0,5 4,34782609

1 3,16 3 0,15 5,25 -0,028 3 6,66666667

5 3,76 7,5 0,08 10 -0,006 7,5 12,5

10 4,16 12,5 0,07 15 0,00857143 12,5 14,2857143

15 4,51 17,5 0,082 19 0,01536585 17,5 12,195122

20 4,92 20,5 0,1 21 0,03813953 20,5 10

21 5,02 21,5 0,14 22 0,02866667 21,5 7,14285714

22 5,16 22,5 0,17 23 0,09574468 22,5 5,88235294

23 5,33 23,5 0,27 23,775 0,02931393 23,5 3,7037037

24 5,6 24,05 0,3 24,1 1,0614E-14 24,05 3,33333333

24,1 5,63 24,15 0,3 24,2 0,09958763 24,15 3,33333333

24,2 5,66 24,25 0,4 24,3 1,4152E-14 24,25 2,5

24,3 5,7 24,35 0,4 24,4 0,099591 24,35 2,5

24,4 5,74 24,45 0,5 24,5 -0,0995927 24,45 2

24,5 5,79 24,55 0,4 24,6 0,19918864 24,55 2,5

24,6 5,83 24,65 0,6 24,7 -0,099596 24,65 1,66666667

24,7 5,89 24,75 0,5 24,8 0,19919517 24,75 2

24,8 5,94 24,85 0,7 24,9 0,0995992 24,85 1,42857143

24,9 6,01 24,95 0,8 25 0,0996008 24,95 1,25

25 6,09 25,05 0,9 25,1 0,29880716 25,05 1,11111111

25,1 6,18 25,15 1,2 25,2 0,19920792 25,15 0,83333333

25,2 6,3 25,25 1,4 25,3 0,69723866 25,25 0,71428571

25,3 6,44 25,35 2,1 25,3875 4,28731563 25,35 0,47619048

25,4 6,65 25,425 6,4 25,45 0,39921492 25,425 0,15625

25,45 6,97 25,475 6,8 25,5125 6,68033268 25,475 0,14705882

25,5 7,31 25,55 13,5 25,6 -9,2637427 25,55 0,07407407

25,6 8,66 25,65 4,2 25,725 -1,7895349 25,65 0,23809524

25,7 9,08 25,8 2,4 25,875 -0,5965318 25,8 0,41666667

25,9 9,56 25,95 1,8 26,975 -1,2720134 25,95 0,55555556

26 9,74 28 0,4275 31,5 -0,2932 28 2,33918129

30 11,45 35 0,061 27,5 0,420875 35 16,3934426

40 12,06 20 0,3015 10 #¡DIV/0! 20 3,31674959


10

0

2

4

6

8

10

12

14

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

pH

mL NaOH agregados

Grafico 9. Método directo titulación con rojo de

metilo

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 5 10 15 20 25 30 35 40

∆p

H/∆

V

mL NaOH

Grafico 10. Método de la 1° derivada con rojo de

metilo


11

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

0 5 10 15 20 25 30 35

∆2

pH

/∆V

2

mL NaOH

Grafico 11. Método de la 2° derivada con rojo de

metilo

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 5 10 15 20 25 30 35 40

∆V

/∆p

H

mL NaOH

Grafica 12. Método de Gran titulación con rojo

de metilo


12

Se expresan los volúmenes que se requieren para alcanzar el punto de equivalencia para cada método en la tabla 4, se

saca un promedio general para cada titulación y se calcula la concentración de CH3COOH.

Tabla 4. Volúmenes (mL) del punto de equivalencia.

Método Titulación sin indicador Titulación con

fenolftaleína

Titulación con rojo de

metilo

Directo 25,6 mL 25,3 mL 25,6 mL

1° derivada 25,55 mL 25,25 mL 25,55 mL

2° derivada 25,50 mL 25,38 mL 25,528 mL

Gran 25,35 mL 25,25 mL 25,57 mL

Promedio mL de

neutralización 25,5 (±0,0935) mL 25,295 (±0,0531) mL 25,562 (±0,0264) mL

Concentración (M)

CH3COOH 0,0997(±3,5672*10

-3)M 0,0989(±2,5690*10

-2)M 0,1000(±9,3465*10

-3)M

Promedio general M

CH3COOH 0,0995(±8,4562*10

-5)M

4 Conclusiones.

- Se determinó la concentración de una solución de CH3COOH la cual fue 0,0995(±8,4562*10-5)M

- Se observó el punto de equivalencia para la valoración potenciométrica ácido -base entre el NaOH (base fuerte) y el

CH3COOH (ácido débil) en las diferentes titulaciones.

- Se determinó el valor de pH a los cuales los indicadores fenolftaleína y rojo de metilo cambiaron de color los cuales

fueron de 8,33 y 5,94 respectivamente.

5 Bibliografía.

[1].Guía de laboratorio. Práctica I. Química Analítica IV. Preparación y estandarización potenciométrica de una

solución de NaOH aproximadamente 0,1 m

[2]. Skoog, West, Holler, Crouch. Fundamentos de química analítica. 8° Ed.

titulación potenciométrica de un ácido débil con una base fuerte

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