Práctica de Laboratorio: Estandarización de soluciones con un estándar primario

 Estandarización de soluciones con un estándar primario

Objetivo general:

Estandarizar una solución de un reactivo (ácido o base) utilizando un estándar primario, con el fin de determinar su concentración exacta mediante un proceso de titulación.

Objetivos específicos:

• Conocer la técnica de titulación para determinar la concentración de una solución.
• Utilizar un estándar primario para estandarizar una solución de ácido o base.
• Calcular la concentración de la solución desconocida.
• Aplicar el principio de la reacción ácido-base en la titulación.

Introducción:

La estandarización de soluciones es una técnica crucial en los laboratorios de química analítica, ya que permite determinar la concentración exacta de una solución titulante (ácido o base). Un estándar primario es una sustancia de alta pureza, estable y con una reacción química bien definida, que se utiliza para determinar la concentración de una solución. Los estándares primarios son necesarios porque las soluciones comerciales de ácidos o bases no son lo suficientemente precisas o estables para titulación directa.

En este experimento, se utilizará un ácido o base de concentración desconocida, y mediante una titulación con una solución de NaOH (hidróxido de sodio, base estándar) o HCl (ácido clorhídrico, ácido estándar), se determinará la concentración exacta de la solución de ácido o base. La reacción química de titulación más común es entre un ácido fuerte y una base fuerte:

En esta práctica, el estándar primario, como el biftalato ácido de potasio, se usará para estandarizar la solución de NaOH.

Figura 1.- Estructura química del biftalato ácido de potasio.

 

Fundamentos teóricos:

Titulación ácido-base:

La titulación ácido-base es un proceso en el que una solución de concentración conocida (titulante) se utiliza para reaccionar con una solución de concentración desconocida (análisis) hasta que la reacción alcance el punto de equivalencia, es decir, cuando las cantidades de ácido y base han reaccionado completamente.

Estandarización de soluciones:

La estandarización de una solución implica determinar su concentración exacta utilizando un estándar primario. El biftalato ácido de potasio es un ejemplo de un estándar primario utilizado comúnmente en la estandarización de soluciones de bases. Este compuesto tiene una masa molar bien definida y es estable en condiciones normales.

La fórmula general para la titulación de un ácido con una base es:

Donde:

• V₁ y C₁ ​ son el volumen y la concentración de la solución titulante respectivamente (ácido o base conocida).
• V₂ y C₂​ son el volumen y la concentración de la solución de análisis respectivamente (ácido o base desconocida).

Procedimiento experimental

Materiales y reactivos

Materiales:

• Balanza analítica
• Vaso de precipitado (100 mL)
• Matraz aforado (100 mL)
• Pipeta volumétrica (25 mL)
• Bureta (25 mL)
• Soporte universal con pinza para bureta
• Embudo
• Frasco lavador
• Erlenmeyers (125 mL)
• Pera de succión
• Gafas y guantes de seguridad

Reactivos:

• Biftalato ácido de potasio (KHC₈H₄O₄) sólido (pureza ≥ 99.9%)
• Hidróxido de sodio (NaOH) sólido para preparar una solución ~0.1 M
• Ácido clorhídrico (HCl) ~0.1 M
• Agua destilada
• Indicador fenolftaleína

Procedimiento

A. Preparación de NaOH ~0.1 M (100 mL)

1. Calcular la masa de NaOH requerida.
2. Pesar la masa de NaOH calculada.
3. Disolver en agua destilada y transferir al matraz aforado de 100 mL.
4. Llevar a volumen con agua destilada, tapar y agitar.

B. Estandarización del NaOH con biftalato ácido de potasio

1. Pesar exactamente 0.51 g de biftalato ácido de potasio.
2. Disolver en agua destilada y transferir a un matraz aforado de 100 mL. Completar a volumen.
3. Tomar una alícuota de 25 mL con pipeta y transferirla a un Erlenmeyer.
4. Añadir 2 gotas de fenolftaleína.
5. Llenar la bureta con la solución de NaOH preparada (~0.1 M).
6. Titular hasta que aparezca una coloración rosada persistente.
7. Repetir hasta obtener dos valores concordantes (diferencia ≤ 0.1 mL).
8. Calcular la molaridad exacta del NaOH.​​

C. Estandarización del HCl usando el NaOH estandarizado

1. Tomar 25.00 mL de HCl (~0.1 M) con una pipeta y transferir a un erlenmeyer.
2. Añadir 2 gotas de fenolftaleína.
3. Llenar la bureta con la solución de NaOH estandarizada.
4. Titular hasta que el rosado desaparezca por completo.
5. Repetir dos veces más y calcular el volumen promedio de NaOH utilizado.
6. Calcular la molaridad del HCl usando:

Análisis de resultados:

• Calcular la concentración de la solución de NaOH utilizando los resultados obtenidos en la titulación.
• Evaluar la precisión y exactitud de los resultados a partir de las repeticiones de la titulación.

Cuestionario

1. ¿Por qué es necesario utilizar un estándar primario en este tipo de prácticas?
2. ¿Cuál es el objetivo de la titulación ácido-base en esta práctica?
3. ¿Cómo afecta el uso de un indicador en la titulación?
4. ¿Qué significan las unidades de concentración que se usan para expresar los resultados de la titulación?
5. ¿Qué errores podrían influir en los resultados de la estandarización de la solución de NaOH?
6. ¿Por qué es importante realizar varias repeticiones de la titulación?

Referencias bibliográficas

• Harris, D. C. (2010). Análisis cuantitativo de Harris. 8ª edición. Editorial McGraw-Hill.
• Skoog, D. A., West, D. M., Holler, F. J., & Crouch, S. R. (2014). Fundamentals of Analytical Chemistry (9th ed.). Cengage Learning.
• Mendoza, G. (2008). Manual de prácticas de laboratorio de química analítica. Universidad Nacional Autónoma de México.