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Química General · Acid–base and solubility equilibria

Curvas de titulación ácido–base

Una lección resuelta gratis y 40 problemas de práctica en los que dibujas tú mismo cada flecha curva.

¿Atascado con curvas de titulación ácido–base? Escanea el problema.

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Lo que aprenderás

  • Calculate the pH at any point of a strong acid–strong base titration: at the start, before, at and after the equivalence point.
  • Calculate the pH along weak acid–strong base and weak base–strong acid titrations, including half-equivalence (pH = pKa) and salt hydrolysis at equivalence.
  • Choose an indicator whose colour-change range lies on the steep part of the curve around the equivalence point.
  • Read the equivalence points and pKa values from the titration curve of a polyprotic acid.
  • Work back from titration data to the concentration, molar mass and Ka of an unknown acid.

Lección gratis

El texto de la lección resuelta. En Arrow Lab, cada paso incluye sus estructuras y sus flechas dibujadas.

Leer la lección gratis (8 partes)

Cómo leer una curva de valoración

Una curva de valoración representa el pH frente al volumen de valorante añadido. El punto de equivalencia es aquel en el que los moles de valorante añadidos coinciden exactamente con los moles de analito según la ecuación ajustada; el punto final es aquel en el que el indicador cambia de color, y un buen indicador hace que ambos coincidan. Toda curva se resuelve en dos etapas: primero se hace la estequiometría en milimoles (el valorante fuerte reacciona por completo) y después se decide qué especies quedan y se resuelve el equilibrio. Se repiten cinco regiones: el inicio (solo el analito), antes de la equivalencia (analito parcialmente neutralizado), la semiequivalencia, la equivalencia (solo queda la sal) y después de la equivalencia (valorante en exceso). Las concentraciones siempre usan el volumen total, el del analito más el del valorante añadido. Todos los valores son a 25 °C con Kw = 1.0 × 10⁻¹⁴, y los volúmenes se consideran aditivos.

Ácido fuerte con base fuerte

Toma 20.0 mL de HCl 0.100 M (2.00 mmol) valorados con NaOH 0.100 M. Al inicio, [H₃O⁺] = 0.100 M, pH 1.00. Después de 5.0 mL, 0.50 mmol de OH⁻ han eliminado 0.50 mmol de H₃O⁺, quedan 1.50 mmol en 25.0 mL: 0.0600 M, pH 1.22. A los 20.0 mL (equivalencia) solo quedan NaCl y agua; Na⁺ y Cl⁻ son las especies conjugadas de una base fuerte y un ácido fuerte, así que ninguno reacciona con el agua y pH = 7.00. Después de 25.0 mL, hay 0.50 mmol de OH⁻ en exceso en 45.0 mL: [OH⁻] = 0.0111 M, pOH 1.95, pH 12.05. El pH sube despacio y luego salta de unos 3 a unos 11 en una fracción de mililitro alrededor de la equivalencia; diluir ambas disoluciones diez veces deja iguales el volumen de equivalencia y el pH 7.00, pero acorta el salto en aproximadamente una unidad de pH por cada extremo.

Ácido débil con base fuerte

Toma 50.0 mL de ácido acético 0.100 M (5.00 mmol, Ka = 1.8 × 10⁻⁵, pKa 4.74) valorados con NaOH 0.100 M. Inicio: un ácido débil solo, [H₃O⁺] = √(Ka·C) = √(1.8 × 10⁻⁶) = 1.34 × 10⁻³ M, pH 2.87. Después de 10.0 mL: 1.00 mmol de acetato y 4.00 mmol de ácido acético forman una disolución amortiguadora, así que pH = pKa + log(1.00/4.00) = 4.74 − 0.60 = 4.14 (el volumen se cancela en la razón). En la semiequivalencia, 25.0 mL, [HA] = [A⁻] y pH = pKa = 4.74. En la equivalencia, 50.0 mL, solo queda acetato, 5.00 mmol en 100.0 mL = 0.0500 M; es una base débil con Kb = Kw/Ka = 5.6 × 10⁻¹⁰, así que [OH⁻] = √(Kb·C) = 5.3 × 10⁻⁶ M, pOH 5.28 y pH 8.72, por encima de 7. Pasada la equivalencia, el OH⁻ en exceso controla el pH (55.0 mL: 0.50 mmol en 105.0 mL, pH 11.68) y la curva se une a la de un ácido fuerte. En comparación con el HCl a la misma concentración, la curva empieza más arriba, tiene una región amortiguadora plana y un salto más corto, pero necesita exactamente el mismo volumen de base: la neutralización de un ácido débil por OH⁻ se completa.

Base débil con ácido fuerte

La imagen especular: 20.0 mL de NH₃ 0.100 M (Kb = 1.8 × 10⁻⁵, pKb 4.74) valorados con HCl 0.100 M parten de [OH⁻] = √(Kb·C) = 1.34 × 10⁻³ M, pOH 2.87, pH 11.13, y el pH baja conforme se añade ácido. Antes de la equivalencia, NH₃ y NH₄⁺ forman una disolución amortiguadora; usa pKa(NH₄⁺) = 14.00 − 4.74 = 9.26 en pH = pKa + log([NH₃]/[NH₄⁺]). En la semiequivalencia, pH = 9.26. En la equivalencia, 20.0 mL, solo queda NH₄⁺ a 0.0500 M; es un ácido débil con Ka = Kw/Kb = 5.6 × 10⁻¹⁰, así que [H₃O⁺] = √(Ka·C) = 5.3 × 10⁻⁶ M y pH 5.28, por debajo de 7. Después de la equivalencia, el H₃O⁺ en exceso fija el pH.

Cómo elegir un indicador

Un indicador es un ácido débil, HIn, cuya forma ácida y cuya base conjugada In⁻ tienen colores distintos. pH = pKa(HIn) + log([In⁻]/[HIn]), y el ojo percibe un cambio aproximadamente mientras la razón va de 1/10 a 10, así que el intervalo de cambio de color es de unos pKa(HIn) ± 1. Elige un indicador cuyo intervalo quede en la parte casi vertical de la curva que contiene el pH de equivalencia. Intervalos habituales: naranja de metilo 3.1–4.4, rojo de metilo 4.4–6.2, azul de bromotimol 6.0–7.6, fenolftaleína 8.2–10.0 (de incolora a rosada, dibujada en su forma incolora). Una valoración de ácido fuerte con base fuerte a 0.1 M salta a través de todos ellos, así que cualquiera sirve. Una valoración de ácido débil con base fuerte necesita un indicador de intervalo básico, como la fenolftaleína; una valoración de base débil con ácido fuerte necesita un indicador de intervalo ácido, como el rojo de metilo. Un indicador que cambia de color en la región amortiguadora da un punto final muy anterior a la equivalencia.

Ácidos y bases polipróticos

Un ácido poliprótico cuyos valores de pKa están separados por varias unidades se valora un protón a la vez y muestra un salto por cada protón que se puede valorar. Los puntos de equivalencia caen en V, 2V, …, porque cada protón necesita la misma cantidad de base. A mitad de camino entre el primer y el segundo punto de equivalencia las dos especies vecinas son iguales, así que pH = pKa2, igual que pH = pKa1 en el primer punto de semiequivalencia cuando el ácido no es demasiado fuerte. En un punto de equivalencia intermedio la disolución contiene un ion anfiprótico, y su pH es aproximadamente el promedio de los dos valores de pKa que lo rodean. El carbonato de sodio valorado con HCl lo muestra: el primer punto de equivalencia (todo HCO₃⁻) queda cerca de ½(6.35 + 10.33) = 8.34, donde la fenolftaleína pierde su color rosado, y el segundo (H₂CO₃, que pierde CO₂) queda cerca de pH 4, donde cambia el naranja de metilo. Un protón con pKa cercano a 12 o mayor no da un salto visible en agua, porque el ácido es demasiado débil para reaccionar por completo con OH⁻ y el OH⁻ en exceso ya mantiene el pH cerca de 12.

Trabajar hacia atrás a partir de los datos de valoración

El volumen de equivalencia da la cantidad de analito: n(ácido) = c(valorante) × V(equivalencia) multiplicado por la razón molar, sea cual sea la fuerza del ácido. El pH en la semiequivalencia da directamente el pKa; en cualquier otro punto de la región amortiguadora, usa los milimoles que quedan: pKa = pH − log(n(A⁻)/n(HA)), donde n(A⁻) es la base añadida y n(HA) es el ácido inicial menos la base añadida. El pH inicial también da la Ka una vez conocida la concentración: Ka = [H₃O⁺]²/(C − [H₃O⁺]). Ejemplo: 25.00 mL de un ácido monoprótico desconocido necesitan 18.00 mL de NaOH 0.1000 M, así que contienen 1.800 mmol y su concentración es 0.0720 M; el pH a los 9.00 mL es 3.85, así que pKa = 3.85 y Ka = 10⁻³·⁸⁵ = 1.4 × 10⁻⁴. Añadir agua al matraz antes de valorar no cambia ni los moles de ácido ni el volumen de equivalencia.

Lo que conviene recordar

Haz primero la estequiometría, en milimoles, y después el equilibrio. Antes de añadir valorante: solo el analito. En la región amortiguadora: Henderson-Hasselbalch, con pH = pKa en la semiequivalencia. En la equivalencia: solo la sal conjugada, neutra para fuerte-fuerte, básica para un ácido débil, ácida para una base débil. Después de la equivalencia: el valorante en exceso sobre el volumen total. Elige un indicador cuyo cambio de color caiga en el salto pronunciado, y lee las concentraciones a partir de los volúmenes de equivalencia y el pKa a partir de la semiequivalencia.

Problemas de práctica (40)

Practicar es gratis con una cuenta.

Predice el producto 4

Trabajar hacia atrás a partir de los datos de valoración

  • Agua adicional en el matrazPredice qué características de la curva de valoración de un ácido débil cambian cuando se diluye el analito antes de valorarlo.

Indicadores y curvas de ácidos polipróticos

  • Localización del segundo punto de equivalenciaPredice el volumen del segundo punto de equivalencia de un ácido diprótico a partir del primero.

Ácido débil–base fuerte

  • A mitad de camino de la equivalencia con ácido benzoicoPredice la composición y el pH en el punto de semiequivalencia de una titulación de ácido débil.

Base débil–ácido fuerte

  • pH a mitad de la titulación del amoníacoPredice el pH en el punto de media equivalencia de una titulación de base débil a partir de Kb.

Clasificar 1

  • ¿En qué parte de la curva está este punto?Clasifica un punto de una titulación de base débil con ácido fuerte según la región y elige el método de cálculo de pH correspondiente.

Comparar 5

Indicadores y curvas de ácidos polipróticos

  • ¿Dónde queda cada punto de equivalencia?Ordena las valoraciones fuerte-fuerte, de ácido débil y de base débil según el pH en sus puntos de equivalencia.

Ácido fuerte–base fuerte

  • Diluir ambas disoluciones diez vecesCompara curvas de valoración de ácido fuerte–base fuerte a dos concentraciones.

Ácido débil–base fuerte

  • Cinco mililitros después de la equivalenciaCompara el pH de titulaciones de ácido débil y de ácido fuerte después del punto de equivalencia.
  • pH de equivalencia y fuerza del ácidoOrdena ácidos débiles según el pH en sus puntos de equivalencia con NaOH usando los valores de Ka.
  • Ácido acético frente a HClCompara las curvas de titulación de un ácido débil y un ácido fuerte a la misma concentración.

Calcular 15

Trabajar hacia atrás a partir de los datos de valoración

  • pKa a partir de un punto que no es la mitad de la equivalenciaCalcula el pKa a partir de un punto de la región amortiguadora usando los milimoles de ácido y de base conjugada presentes.
  • Ácido acético en el vinagreCalcula la concentración de un ácido débil en una muestra sin diluir a partir del volumen de equivalencia de una alícuota valorada.

Indicadores y curvas de ácidos polipróticos

  • Relación del indicador dentro de su intervaloCalcula la relación entre la forma básica y la forma ácida de un indicador a un pH dado a partir de su pKa.
  • pH en el primer punto de equivalencia del ácido fosfóricoEstima el pH en un punto de equivalencia intermedio de un ácido poliprótico a partir de los valores de pKa que lo delimitan.

Ácido fuerte–base fuerte

  • pH después del punto de equivalenciaCalcula el pH después del punto de equivalencia de una valoración de ácido fuerte con base fuerte a partir del hidróxido en exceso.
  • Valoración de NaOH con HClCalcula el pH antes del punto de equivalencia cuando se valora una base fuerte con un ácido fuerte.
  • pH a mitad de camino de la equivalencia: HCl con NaOHCalcula el pH de un ácido fuerte parcialmente neutralizado por una base fuerte, usando el volumen total.
  • ¿Qué tan pronunciado es el salto?Cuantifica el cambio de pH en 0.20 mL alrededor del punto de equivalencia de una valoración de ácido fuerte–base fuerte.

Ácido débil–base fuerte

  • pH en la región tampónCalcula el pH en la región tampón de una valoración de ácido débil–base fuerte a partir de los milimoles de ácido y de base conjugada.
  • pH en el punto de equivalencia del ácido acéticoCalcula el pH del punto de equivalencia de una valoración de ácido débil–base fuerte a partir de la hidrólisis de la base conjugada.
  • pH inicial de una titulación de ácido fórmicoCalcula el pH inicial de una titulación de ácido débil a partir del Ka y de la concentración del ácido.

Base débil–ácido fuerte

  • Exceso de ácido después de una titulación de amoniacoCalcula el pH después del punto de equivalencia de una titulación de base débil–ácido fuerte a partir del ácido fuerte en exceso.
  • pH en la región amortiguadora del amoniacoCalcula el pH en la región amortiguadora de una titulación de base débil–ácido fuerte.
  • pH en el punto de equivalencia del amoníacoCalcula el pH del punto de equivalencia de una titulación de base débil con ácido fuerte a partir de la hidrólisis del ácido conjugado.
  • pH inicial de una titulación de amoníacoCalcula el pH inicial de una titulación de base débil a partir de Kb y de la concentración de la base.

Encuentra el error 3

Trabajar hacia atrás a partir de los datos de valoración

  • Encuentra el error del estudianteDiagnostica un error en un pKa calculado a partir de un punto de valoración en la región amortiguadora.

Ácido fuerte–base fuerte

  • ¿El pKa del HCl a partir de una valoración?Diagnostica por qué la regla de la semiequivalencia no puede dar el pKa de un ácido fuerte.

Base débil–ácido fuerte

  • Fenolftaleína en una titulación de amoníacoDiagnostica el error que provoca usar un indicador que cambia de color en la zona tampón de una titulación de base débil.

Interpreta la evidencia 5

Trabajar hacia atrás a partir de los datos de valoración

  • Leer el volumen de equivalencia a partir de los datosLocaliza el volumen de equivalencia de una valoración de ácido débil a partir de lecturas de pH tabuladas.
  • Ka de un ácido desconocido a partir de su curvaDetermina la Ka de un ácido débil desconocido a partir del pH en la mitad del volumen de equivalencia.

Indicadores y curvas de ácidos polipróticos

  • pKa2 del ácido fosfórico a partir de su curvaLee el segundo pKa de un ácido poliprótico a partir del pH a mitad de camino entre su primer y su segundo punto de equivalencia.

Ácido fuerte–base fuerte

  • La forma de una curva de HCl–NaOHReconoce la curva de valoración de un ácido fuerte valorado con una base fuerte.

Base débil–ácido fuerte

  • La forma de una curva de amoníaco–HClReconoce la curva de titulación de una base débil valorada con un ácido fuerte.

Trabaja hacia atrás 2

Trabajar hacia atrás a partir de los datos de valoración

  • Identifica el ácido desconocidoIdentifica un ácido monoprótico desconocido a partir de su masa molar y su pKa determinados por valoración.
  • Ka a partir del pH inicial y del volumen de equivalenciaReconstruye, a partir del volumen de equivalencia y del pH inicial, la Ka de un ácido débil.

Planea una síntesis 1

  • Un indicador para el ácido acéticoElige un indicador para una valoración de ácido débil con base fuerte a partir de su intervalo de viraje.

Explica por qué 4

Indicadores y curvas de ácidos polipróticos

  • ¿Cómo cambia de color un indicador?Explica cómo funciona un indicador ácido-base y por qué cambia de color a lo largo de unas dos unidades de pH.
  • ¿Dónde está el tercer punto de equivalencia?Explica por qué el tercer protón del ácido fosfórico no produce un salto de equivalencia visible en agua.

Ácido fuerte–base fuerte

  • ¿Por qué el pH es 7 en este punto de equivalencia?Explica por qué el punto de equivalencia de una valoración de ácido fuerte–base fuerte es neutro.

Ácido débil–base fuerte

  • ¿Por qué el punto de equivalencia es básico?Explica el punto de equivalencia básico de una titulación de ácido débil–base fuerte por la hidrólisis de la base conjugada.

¿Atascado con curvas de titulación ácido–base? Escanea el problema.

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