Volumetría y titulaciones

Química

Conceptos clave

Una titulación determina la concentración desconocida del analito haciendo que reaccione con el titulante (concentración conocida, añadido desde la bureta).
Punto de equivalencia: los moles de titulante son estequiométricamente iguales a los del analito. Es un hecho químico, no visual.
Punto final: el indicador cambia de color — estimación visual del punto de equivalencia.
Método de tres pasos: $n_\text{titulante} = c \times V$ → razón estequiométrica → $c_\text{analito} = n/V_\text{analito}$ .
Los volúmenes deben ir en $\text{dm}^3$ para calcular moles; en diluciones y porcentajes pueden usarse $\text{cm}^3$ si la unidad es la misma en ambos lados.

Paso 1. Moles de titulante: $n_\text{tit} = c_\text{tit} \times V_\text{tit}$ (convertir $\text{cm}^3$ a $\text{dm}^3$ ).
Paso 2. Moles de analito: usar la relación estequiométrica de la ecuación balanceada.
Paso 3. Concentración del analito: $c_\text{anal} = n_\text{anal} / V_\text{anal}$ .

Ácido fuerte + base fuerte ( $\text{HCl}$ + $\text{NaOH}$ ): equivalencia pH $\approx 7$ → sirven fenolftaleína o naranja de metilo.
Ácido débil + base fuerte ( $\text{CH}_3\text{COOH}$ + $\text{NaOH}$ ): equivalencia pH $> 7$ (la sal hidroliza) → fenolftaleína (viraje pH $8{,}2$ – $10{,}0$ ).
Ácido fuerte + base débil ( $\text{HCl}$ + $\text{NH}_3$ ): equivalencia pH $< 7$ → naranja de metilo (viraje pH $3{,}1$ – $4{,}4$ ).
El indicador debe virar dentro del salto vertical de la curva de titulación.

Se hace una titulación de aproximación (se descarta) y luego titulaciones cuidadosas.
Se promedian solo los valores concordantes (difieren $\le 0{,}10\ \text{cm}^3$ entre sí).
Volumen gastado = $V_\text{final} - V_\text{inicial}$ de la bureta.

Problema: Se titulan $20{,}0\ \text{cm}^3$ de $\text{H}_2\text{SO}_4$ con $\text{NaOH}$ $0{,}250\ \text{mol dm}^{-3}$ ; se gastan $32{,}0\ \text{cm}^3$ . La ecuación es $\text{H}_2\text{SO}_4 + 2\,\text{NaOH} \rightarrow \text{Na}_2\text{SO}_4 + 2\,\text{H}_2\text{O}$ .
$n(\text{NaOH}) = 0{,}250 \times 0{,}0320 = 8{,}00 \times 10^{-3}\ \text{mol}$ .
Relación $1:2$ → $n(\text{H}_2\text{SO}_4) = \frac{1}{2} \times 8{,}00 \times 10^{-3} = 4{,}00 \times 10^{-3}\ \text{mol}$ .
$c(\text{H}_2\text{SO}_4) = 4{,}00 \times 10^{-3} / 0{,}0200 = 0{,}200\ \text{mol dm}^{-3}$ .

Error frecuente: ignorar el coeficiente en ácidos dipróticos como $\text{H}_2\text{SO}_4$ (relación $1:2$ ). Omitirlo duplica o divide a la mitad el resultado.
Error frecuente: incluir la titulación de aproximación en el promedio — siempre se descarta.
El punto de equivalencia solo vale pH $= 7$ para ácido fuerte + base fuerte; con ácido débil es $> 7$ .
Ácido débil + base fuerte: no disociar el ácido débil en la ecuación iónica neta ( $\text{CH}_3\text{COOH}$ se escribe completo, no como $\text{H}^+ + \text{CH}_3\text{COO}^-$ ).

Conceptos clave

Una titulación determina la concentración desconocida del analito haciendo que reaccione con el titulante (concentración conocida, añadido desde la bureta).
Punto de equivalencia: los moles de titulante son estequiométricamente iguales a los del analito. Es un hecho químico, no visual.
Punto final: el indicador cambia de color — estimación visual del punto de equivalencia.
Método de tres pasos: $n_\text{titulante} = c \times V$ → razón estequiométrica → $c_\text{analito} = n/V_\text{analito}$ .
Los volúmenes deben ir en $\text{dm}^3$ para calcular moles; en diluciones y porcentajes pueden usarse $\text{cm}^3$ si la unidad es la misma en ambos lados.

Los tres pasos del cálculo

Paso 1. Moles de titulante: $n_\text{tit} = c_\text{tit} \times V_\text{tit}$ (convertir $\text{cm}^3$ a $\text{dm}^3$ ).
Paso 2. Moles de analito: usar la relación estequiométrica de la ecuación balanceada.
Paso 3. Concentración del analito: $c_\text{anal} = n_\text{anal} / V_\text{anal}$ .

Elección del indicador

Ácido fuerte + base fuerte ( $\text{HCl}$ + $\text{NaOH}$ ): equivalencia pH $\approx 7$ → sirven fenolftaleína o naranja de metilo.
Ácido débil + base fuerte ( $\text{CH}_3\text{COOH}$ + $\text{NaOH}$ ): equivalencia pH $> 7$ (la sal hidroliza) → fenolftaleína (viraje pH $8{,}2$ – $10{,}0$ ).
Ácido fuerte + base débil ( $\text{HCl}$ + $\text{NH}_3$ ): equivalencia pH $< 7$ → naranja de metilo (viraje pH $3{,}1$ – $4{,}4$ ).
El indicador debe virar dentro del salto vertical de la curva de titulación.

Réplicas y valores concordantes

Se hace una titulación de aproximación (se descarta) y luego titulaciones cuidadosas.
Se promedian solo los valores concordantes (difieren $\le 0{,}10\ \text{cm}^3$ entre sí).
Volumen gastado = $V_\text{final} - V_\text{inicial}$ de la bureta.

Ejemplo resuelto

Problema: Se titulan $20{,}0\ \text{cm}^3$ de $\text{H}_2\text{SO}_4$ con $\text{NaOH}$ $0{,}250\ \text{mol dm}^{-3}$ ; se gastan $32{,}0\ \text{cm}^3$ . La ecuación es $\text{H}_2\text{SO}_4 + 2\,\text{NaOH} \rightarrow \text{Na}_2\text{SO}_4 + 2\,\text{H}_2\text{O}$ .
$n(\text{NaOH}) = 0{,}250 \times 0{,}0320 = 8{,}00 \times 10^{-3}\ \text{mol}$ .
Relación $1:2$ → $n(\text{H}_2\text{SO}_4) = \frac{1}{2} \times 8{,}00 \times 10^{-3} = 4{,}00 \times 10^{-3}\ \text{mol}$ .
$c(\text{H}_2\text{SO}_4) = 4{,}00 \times 10^{-3} / 0{,}0200 = 0{,}200\ \text{mol dm}^{-3}$ .

En el examen IB

Error frecuente: ignorar el coeficiente en ácidos dipróticos como $\text{H}_2\text{SO}_4$ (relación $1:2$ ). Omitirlo duplica o divide a la mitad el resultado.
Error frecuente: incluir la titulación de aproximación en el promedio — siempre se descarta.
El punto de equivalencia solo vale pH $= 7$ para ácido fuerte + base fuerte; con ácido débil es $> 7$ .
Ácido débil + base fuerte: no disociar el ácido débil en la ecuación iónica neta ( $\text{CH}_3\text{COOH}$ se escribe completo, no como $\text{H}^+ + \text{CH}_3\text{COO}^-$ ).