PRÁCTICA N° 6 PREPARACION Y TITULACION DE SOLUCIONES

I. OBJETIVO GENERAL Adquirir las destrezas necesaria para preparar soluciones a partir de un soluto y agua. Determinar la concentración de una solución valoradora y una muestra problema de H2O2. II. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Al finalizar la práctica el estudiante será capaz: 1. Describir la forma de preparar una solución de una concentración dada a partir del soluto y agua

o por dilución de una solución más concentrada. 2. Preparar una solución de ácido oxálico. 3. Determinar mediante la técnica de titulación la concentración de una solución de permanganato

de potasio (KMnO4). 4. Determinar la concentración de una solución problema de peróxido de hidrógeno (H2O2),

utilizando solución de KMnO4 recién valorada. 5. Interpretar en términos estequiométricos y redox lo ocurrido en las dos experiencias. 6. Identificar los agentes oxidantes y reductores para ambos casos.

MARCO TEORICO

Concentración. Unidades físicas y químicas. La concentración de una solución puede expresarse de distintas formas, son cualitativas las expresiones: solución diluída, concentrada, saturada y sobresaturada. La expresión cuantitativa es la “Concentración”, ya que permite establecer la relación entre soluto, solución y solvente. La concentración se define como la cantidad de sustancia disuelta en un determinado peso o volumen de disolvente. Las concentraciones puede expresarse en unidades físicas o en unidades químicas. Unidades Físicas:

a) Porcentaje peso – peso (% p/p), es la cantidad de soluto en gramos por cada 100 gramos de solución.

% p/p = (g de soluto / g de solución) x 100 (5)

b) Porcentaje peso – volumen (% p/v), es la cantidad de soluto en gramos por cada 100 mL de solución.

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% p/v = (g de soluto / mL de solución) x 100 (6) c) Porcentaje volumen – volumen (% v/v), es la cantidad de soluto en mL por cada 100 mL de

solución. % v/pv = (mL de soluto / mL de solución) x 100 (7)

Unidades Químicas. Las principales unidades químicas utilizadas para expresar la concentración de las soluciones son :

a) Molaridad, es el número de moles de soluto en un litro de solución.

M = N° de moles de soluto / Volumen de solución en litros (8)

b) Normalidad, es el número de equivalentes gramo de soluto en un litro de solución.

N = N° de equivalentes gramo de soluto / Volumen de solución en litros (9) Diferencia entre diluir y disolver. Diluir una solución es disminuir su concentración, para lo cual, lo más práctico es añadirle más disolvente, mientras que disolver es preparar una solución a partir de un sólido. Muchas de las soluciones que se emplean en el laboratorio se preparan a partir de soluciones más concentradas. Por ejemplo, en la práctica se preparan soluciones diluidas de ácido sulfúrico, a partir de una solución comercial del ácido concentrado, en cuyos frascos originales se especifica densidad y concentración en tanto por ciento. Preparación de una solución a partir de un soluto sólido. El soluto se pesa con exactitud y se transfiere a un matraz volumétrico por medio de un embudo (figura 19). A continuación se añade agua al matraz y se agita suavemente para disolver el sólido. Una vez que todo el sólido se ha disuelto, se añade más agua para llevar el nivel de la disolución exactamente hasta la marca de aforo, el matraz se agita otra vez para mezclar perfectamente su contenido. Conociendo el volumen de la disolución en el matraz y la cantidad del compuesto (en moles) disuelto, se puede calcular la concentración de la solución. Preparación de soluciones por dilución. Se transfiere a un matraz volumétrico, un volumen exactamente medido de la solución que se quiere diluir. A continuación el matraz se llena con agua destilada hasta la marca de aforo, se tapa y se agita para homogenizar la solución, (cuando vaya a diluir un ácido concentrado recuerde la norma de seguridad). Al efectuar un proceso de dilución, conviene recordar que al agregar más disolvente a una cantidad dada de disolución concentrada, su concentración cambia (disminuye) sin que cambie el número de moles de soluto presente en la disolución. En otras palabras:

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moles de soluto antes de la dilución = moles de soluto después de la dilución Mc Vc = Md Vd (10)

Esta ecuación expresa que el producto de la molaridad inicial por el volumen inicial debe ser igual al producto de la molaridad final por el volumen final, donde los volúmenes deben expresarse en las mismas unidades.

Fig. 19 Preparación de una solución a partir de un soluto sólido

Valoración redox En las reacciones redox se transfieren electrones, mientras que en las reacciones ácido- base se transfiere protones. Del mismo modo que un ácido se puede valorar con una base, un agente oxidante se puede valorar con un agente reductor, utilizando un procedimiento semejante. El punto de equivalencia se alcanza cuando el agente reductor es completamente oxidado por el agente oxidante. Cuando reaccionan entre sí dos o más sustancias lo hacen siempre en proporciones determinadas (equivalente a equivalente).

Como el número de equivalentes-gramo de una y otra sustancia ha de ser el mismo:

nº eq-g = V.N (V = volumen N = normalidad) (11)

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VoxNox = VredNred (nº de eq-g del oxidante = nº de eq-g del reductor) (12)

Conocidos ambos volúmenes (Vox y Vred) y la normalidad de la disolución patrón (Nred, la normalidad del ácido oxálico, en nuestro caso), podemos calcular la normalidad de la disolución problema (el agente oxidante).

El permanganato de potasio (KMnO4) es un agente oxidante que se puede utilizar por sí mismo como indicador interno, ya que los colores de la forma reducida y oxidada son distintos.

PARTE EXPERIMENTAL

Valoración del permanganato de potasio.

• Pesar entre 0,150 y 0,200 g de ácido oxálico. • Transferir cuantitativamente a un matraz volumétrico de 100 mL. Siga las instrucciones de

preparación de soluciones. • Limpiar y curar una bureta y agregar solución de permanganato. • Colocar en un erlenmeyer de 125 mL, 10 ml de ácido oxálico (medidos con pipeta

volumétrica), 10 ml de ácido sulfúrico 2 M y 10 mL de agua destilada. • Calentar aproximadamente a 80°C (sin hervir) la

solución en el erlenmeyer. • Titular en caliente el permanganato, dejando caer

directamente desde la bureta, agitando vigorosamente, hasta que aparezca un rosa pálido que persista por 30 segundos.

• Repetir dos veces la titulación, pero añadiendo de una vez, el 80% del volumen estimado de permanganato de la muestra anterior y luego agregar poco a poco, hasta que el color aparezca y persista por 30 segundos.

Valoración de la solución problema de H2O2

• En un erlenmeyer de 125 mL, agregar 10 mL de solución problema, y 5 mL de ácido sulfúrico 2 M y 10 mL de agua destilada, mezclar .

• Titular en frío la solución problema con el permanganato recién valorado (figura 20).

• Repetir dos veces más.

Fig.20 Titulación con KMnO4

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DATOS EXPERIMENTALES

Solución de ácido oxálico.

Masa de ácido oxálico_______________________.

volumen de la solución preparada______________

TABLA 21. Valoración de la solución de permanganato y la muestra problema

Muestra y volumen utilizado

(mL)

Volumen de KMnO4 gastado

(mL)

Ácido oxálico

Peróxido de hidrógeno

RESULTADOS

Concentración de la solución de ácido oxálico______________________________

Concentración de la solución de permanganato de potasio____________________

Concentración de la muestra problema (H2O2)______________________________

CUESTIONARIO

1.- ¿Es posible tener una reacción en la cual hay oxidación pero no reducción? Explique.

2.- Describa los pasos implicados en la preparación de una disolución de concentración molar conocida utilizando un matraz volumétrico.

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3.- Escriba la ecuación que permite calcular la concentración de una solución diluida. Asigne unidades a todos los términos.

4.- Explique por qué el KMnO4 puede funcionar como indicador interno en las valoraciones redox?

5.- La concentración de una disolución de peróxido de hidrógeno se puede determinar adecuadamente al valorarla contra una disolución valoradora de permanganato de potasio, en un medio ácido, de acuerdo con la ecuación siguiente:

2 MnO4- + 5 H2O2 + 5 H+ → 5 O2 + 2Mn2+ + 8H2O

Si se requieren 36,44 mL de una disolución de KMnO4 0,01652 M para oxidar completamente 25,00 mL de una disolución de H2O2 , calcule la molaridad de esta disolución.

BIBLIOGRAFIA

1. CHANG, R y COLLEGE, W. Química. Séptima edición. McGraw-Hill, México, 2002. 2. DAUB, W y SEESE, W. Química. Séptima edición. Prentice Hall, México, 1996. 3. BRICEÑO, C y CÁCERES, L. Química. Primera edición. Editorial Educativa, Bogotá-

Colombia, 1994. 4. PRETRUCCI, HARWOOD, y HERRING, G. Química General. Octava edición. , Madrid,

2003. 5. MOORE, KOTZ, STANITSKI, JOESTEN y WOOD. El Mundo de la Química. Segunda

edición. Prentice Hall, Addison Wesley

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