Ejercicios de Química Analítica

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Análisis Químico Cuantitativo:

Problemas de Química analítica resueltos 2

Problemas resueltos de Química analítica. PQA 2.50.

2.50. Para analizar una muestra de aspirina se pesa 0.3470 g de componentes triturados y se tratan con 50.0 ml de sosa 0.1155 M, calentando a ebullición durante 10 minutos. A continuación el exceso de sosa se valora con 11.5 ml HCl de una solución 0.2100 M

¿Cuál es la riqueza de la muestra en á. acetilsalicílico (En adelante usar H2Ac)?

Reacción: CH3COO-C6H4-COOH + 2 OH- --> HO-C6H4-COO- + CH3-

COO-De la reacción se deduce que:

(mmol OH-tot) = 2 * mmol H2Ac/Pm H2Ac + Vclo * Mclo 50.0 * 0.1155 = 2 * mg H2Ac/180 + 11.5 * 0.2100

mg H2Ac = 303 mg

% H2Ac = 0.303 * 100/0.347 = 87.3 %

2.49. Una muestra de 7.000 g de vinagre se diluye con agua hasta 50.0 ml. A continuación se trata con 13.5 ml de NaOH 0.505 M y se valora por retroceso con HCl 0.605 M, necesitándose 25 ml para alcanzar el punto final de la fenolftleína. a) Cual es la acidez del

vinagre expresada como porcentaje de á. acético? b) Suponiendo que éste es el único ácido presente en la muestra ¿ Cuál sería el pH de la disolución en el punto de equivalencia de la valoración?

(Usar Ac como abreviatura del radical CH3-COO-) a) Reacciones:

HAc + OH- --> Ac- + H2O H+ + (OH-exceso) -->H2O Por tanto:

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(mmol OHtot) = mmolHAC + (mmol OH-exceso) mmol H+ = (mmol OH-exceso)

Vsosa * Msosa = mg HAc/Pm HAc + Vclo * Mclo 13.5 * 0.505 = mg HAc/60 + 2.5 * 0.605

mg HAc = 318 mg

% HAc = 0.318 * 100/7.0000 = 4.5 %

b) En el punto de equivalencia se habrá valorado todo el exceso de OH- quedando en la disolución el anión Ac-. Para alcanzar dicho punto se le añaden a los 50 ml iniciales un volumen de V2 = 13.5 + 2.5 = 16 ml. La disolución contendrá:

mmol Ac- =318/60 = 5.3 mmol ó 5.3/66 = 0.080 M y su pH será: [OH-] =raiz(0.080 * 10^-9.2) = 7.1 * 10 ^-6 M y de aquí:

pH = 8.9

2.48. Una muestra de oleum (ácido sulfúrico fumante), que consiste en una disolución de SO3 en ácido sulfúrico, gastó 27.5 ml de NaOH

0.2500 en su valoración. Si la masa de la muestra analizada era de 0.3140 g, calcular a) la riqueza en SO3 y en H2SO4 de la muestra y b) el volumen de NaOH que se gastaría en valorar 0.5000 g de un ácido sulfúrico fumante que contiene un 10% de SO3.

a) El trióxido de azufre se transforma en

á. sulfúrico en presencia de agua, y se valora junto con el ácido que contiene inicialmente la muestra:

SO3 + H2O --> H2SO4 Reacción de valoración:

H2SO4 + 2OH- --> SO4(2-) + 2H2O

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mmol NaOH = 2 mmol H2SO4 27.5 * 0.2500/2 = 3.4 mmol H2SO4 3.4 * 98 = 333 mg H2SO4

% H2SO4 = 333 * 100/314 = 106 %

El 6% corresponde al ácido formado a partir del SO3 y agua. Como SO3 <>H2SO4

mg H2SO4(muestra) + mg SO3 = 314 mg

mgH2SO4(SO3) = mg SO3 * Pm H2SO4/Pm SO3 mg H2SO4(muestra) + mgH2SO4(SO3) = 333 mg 333 mg = 314 - mg SO3 + mg SO3 * 98/80 mg SO3 = 84.4 mg % SO3 = 26.9 % mg H2SO4(muestra) = 314 -84.4 = 230 mg % H2SO4(muestra) = 73.2 %

b) El porcentaje de SO3 calculado corresponde a: 0.10 * 0.5000 mg SO3

proporcionando un á. sulfúrico de:

mg H2SO4(SO3) = 50.0 * 98/80 = 61.3 mg

H2SO4 valorado es: 500 - 50.0 + 61.3 = 551 mg H2SO4 luego * 0.2500 = 2 * 551/98 de donde V = 45.0 mnl NaOH

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2.47. Se disuelve una muestra impura de 0.6580 g de tartrato ácido de potasio de fórmula empírica KHC4H4O6 y Pm 188.1, en 45.0 ml de una disolución de sosa 0.0987 M, cuyo exceso consume 6.4 ml de á.

sulfúrico 0.1100 M en su valoración por retroceso. Calcular: a) la pureza de la muestra expresada como porcentaje de sal y b) el porcentaje de potasio en dicha muestra.

a) Disociación de la sal:

KHC4H4O6 --> K+ + HC4H4O6-Reacción con la base:

HC4H4O6- + OH- --> C4H4O6(2-) Valoración por retroceso:

H2SO4 + 2OH --> SO4(2-) + 2H2O

mmol OH- = mmol HC4H4O6- + 2 mmol H2SO4

45.0 * 00987 = mg KHC4H4O6/Pm + 2 * ( 6.4 * 0.1100) mg KHC4H4O6 = 570 mg

% KHC4H4O6 = 0.570 * 100/0.650 = 86.6 % El porcentaje de potasio (Pat = 39.1) será: (570 * 39.1 * 100)/(188.1 * 658) = 18.0 %

2.46. Se transformó el azufre de una muestra de 0.2500 g de mineral en trióxido de azufre, el cual fue absorbido sobre 40.0 ml de una disolución de NaOH 0.1250 M. El exceso de sosa consumió para su valoración 22.0 ml de una disolución de á. clorhídrico equivalente a otra de 0.0096 g/ml de Na2CO3. Calcular el porcentaje de azufre en la muestra.

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mmol OH- = 2 * mg S/Pat S + mmol H+ 40.0 * 0.1250 = 2 * mg S/32 + 22.0 * MClH

mmol HCl = V * MClH = 2 * mg Na2CO3/Pm Na2CO3 = 2 * 9.6/106 = 0.181 mmol HCl/ml

mg S = 16.3 mg %S = 6.5 %

2.45. Para determinar el contenido en azufre de una muestra orgánica se aplicó el siguiente procedimiento: 0.7500 g de muestra se

sometieron a combustión en corriente de oxígeno, formándose dióxido de azufre y algo de trióxido. Estos gases se recogieron sobre una disolución diluída de peróxido de hidrógeno, transformándose en

H2SO4. Si en la valoración de este ácido se consumieron 5.3 ml de una disolución de NaOH 0.0365 M, calcular el porcentaje de azufre en la muestra.

Reacciones del procedimiento: S + O2 --> SO2 (SO3)

SO2 (SO3) + H2O2 --> H2SO4 Reacciones de valoración:

H2SO4 + 2OH- --> SO4(2-) + 2 H2O Reacción estequiométrica:

S <> SO2 <> SO3 <> H2SO4 mmol OH- = 2 * mg S/Pat S 5.3 * 0.0365 = 2 * mg S/32 mg S = 3.1 mg

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2.44. Para determinar la pureza de un material constituído por óxido de calcio e impurezas inertes, se procedió a la disolución de 0.3250 g de muestra en 100 ml de á.clorhídrico (en exceso), determinándose dicho exceso por valoración con una disolución de NaOH 0.275 M, de la que se gastaron 12.5 ml. Si las concentraciones del ácido y de la base son tales que 2.0 ml de HCl <> 1.0 ml NaOH, calcular el porcentaje de CaO y Ca en la muestra.

La Reacción del ácido sobre el óxido de calcio es CaO + 2 H+ --> Ca2+ + H2O

mmol HCl = 2* mmol CaO + mmol

OH-100 * MClH = 2 * mg CaO/56.1 + 12.5 * 0.275 2 * MClH = 1 * 0.275 MCLH = 0.1375 mol/l mg CaO = 289 mg % CaO = 88.9 % mg Ca = 289 * 40.1/56.1 = 207 mg % Ca = 63.7

2.43. Se sabe que una muestra contiene exclusivamente óxidos de calcio y magnesio. Para proceder a su análisis se pesaron 0.2000 g, se disolvieron en 50.0 ml de á. clorhídrico 0.2500 M, y el exceso de ácido se valoró con 40.5 ml de NaOH. Si en la normalización de 25.0 ml de la disolución base se consumieron 13.5 ml de á. ftálico 0.1002 M, calcular los porcentajes de CaO y MgO en la muestra.

La reacción de valoración ajustada y la relación estequiométrica es: H2Ph + 2 OH- --> Ph2- + 2 H2O

2 * mol H2Ph = mmol OH-2 * 13.5 * 0.100OH-2 = OH-25.0 * M

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M = 0.1082 mol/l

La reacción de disolución de ambos óxidos en el ácido transcurre según:

MO + 2H+ --> M2+ + H2O MO <> 2 H+ <>

2OH-mmol H+ = 2* 2OH-mmol CaO + 2 * 2OH-mmol MgO + 2OH-mmol OH-

Se cumple que mg CaO + mg MgO = 200 mg muestra y

sustituyendo datos, masas y pesos moleculares y despejando:

50.0 * 0.2500 = 2 * mg CaO/56.1 + 2 * mg MgO/40.3 + 40.5 * 0.1082 mg MgO = 131 mg y mg CaO = 69 mg

2.42. Se determina el N de una muestra de leche en polvo que pesa 3.000 g mediante el método de Kjeldahl. Para ello se hace destilar el amoniaco sobre 50.0 ml de una disolución de á. clorhídrico 0.1210 M, valorándose el exceso de ácido con otra disolución de NaOH 0.1540 M, de la que se gastaron 32.2 ml

Calcular a) Porcentaje de Nitrógeno en la muestra.

b) Si el factor de conversión de Nitrógeno en proteína es 6.38, ¿qué cantidad de proteínas contiene la masa de muestra analizada?.

a) Las transformaciones que tienen lugar son como las de 2.41, con la única diferencia de que se recoge el amoníaco destilado en ácido fuerte en exceso para valorar éste con sosa.

En la valoración por retroceso del exceso de ácido con sosa, tenemos: mmol HCl = mmol NH3 + mmol NaOH

50.0 * 0.1210 = mg N/14 + 32.2 * 0.1540 mg N = 15.3 mg

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% N = 0.0153 * 100/3.0000 b) % Proteínas en la leche 0.51 * 6.38 = 3.25%

En la muestra de 3.0000 g habrá pues: g protTot = 0.0975 g

2.41. Un cereal contiene el 2.8% de proteínas. Calcular el peso

máximo del mismo que debe tomarse para que, una vez tratado por el método de Kjeldahl, y recogido el amoníaco formado sobre á. bórico, se gasten no más de 50.0 ml de á. clorhídrico 0.0320 M en la

valoración. (Dato: factor N en proteína = 5.70). Las reacciones que tienen lugar son:

a) Digestión: Nprot -- H+ --> NH4+ b) Destilación: NH4+ -- OH- --> NH3 NH3 + HBO2 --> NH4+ + BO2-c) Valoración: H2 + BO2- --> HBO2 Y las relaciones estequiométricas: H+ <> BO2- <> NH3 <> N

por lo que deducimos: mmol HCl = mg N/Pat N

Como sólo pueden ser consumidos un máximo de 50.0 ml de HCl, que suponen en mmoles 50.0 * 0.0320 = 1.60 mmoles HCl

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22.4 * 5.70 = 128 mg de Proteína

Por tanto la masa de muestra necesaria será como máximo de m = 0.128/0.028 = 4.571 g

2.39. Se sabe que cierta disolución contiene una combinación de dos de las siguientes sustancias: HCl, H3PO4, NaH2PO4 y Na2HPO4. La valoración de una alícuota con NaOH 0.450 M usando fenolftleína requiere 28.0 ml y otra con naranja de metilo, para el mismo volumen de muestra, requiere 16.4 ml de NaOH. ¿Cuántos mg de qué

componentes están presentes en la alícuota valorada?

Las mezclas binarias posibles son: a) HCl + H3PO4

b) H3PO4 + NaH2PO4 c) NaNH2PO4 + Na2HPO4

De éstas queda descartada la c) ya que al valorar con sosa sólo podría usarse la fenolftaleína, pues el naranja ya estaría virado.

Calculamos el gasto de sosa en la 1ª alícuota para mezcla b) V sosa = 2 * V1 + V2

Gasto V1 para las reacciones

H3PO4 + OH- --> H2PO4- + H2O y H2PO4- --> HPO4(2-) + H2O

y V2 para (H2PO4-ini) + OH- --> HPO4(2-) + H2O