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B2Q U07.2.5 Ejemplo neutralización - Contenido educativo

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Subido el 22 de agosto de 2021 por Raúl C.

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Hola a todos, soy Raúl Corraliza, profesor de química de segundo de bachillerato en el IES 00:00:16
arquitecto Pedro Gumiel de Alcalá de Hinares, y os doy la bienvenida a esta serie de videoclases 00:00:22
de la unidad 7 dedicada a la primera parte del estudio de las reacciones ácido-base. 00:00:27
En la videoclase de hoy discutiremos un ejemplo de neutralización. 00:00:36
Vamos a finalizar esta larga videoclase con un último ejemplo. Hasta ese momento lo que 00:00:47
teníamos en disolución acuosa era únicamente una única sustancia, ya fuera un único ácido una 00:00:53
única base. Pues bien, lo que vamos a hacer es considerar una disolución donde tendremos 00:00:58
simultáneamente un ácido y una base. Vamos a estudiar lo que se denominan reacciones de 00:01:03
neutralización, que son las reacciones entre ácidos y bases y que desde el punto de vista 00:01:08
de Bronsted y Lowry supone el intercambio de un hidrón que cede el ácido a la base o bien desde 00:01:12
el punto de vista de Arrhenius supone la combinación de los hidrones que provienen del ácido con los 00:01:19
hidróxidos que provienen de la base para formar agua. Nosotros en esta unidad vamos a comenzar 00:01:24
considerando únicamente ácidos y bases fuertes y, consecuentemente, lo que vamos a hacer es 00:01:30
considerar la mezcla de dos disoluciones. Vamos a empezar con 150 mililitros de una disolución 0,1 00:01:36
molar de ácido clorhídrico, es un ácido fuerte, el HCl, y 100 mililitros de una disolución 0,2 molar 00:01:43
de hidróxido de potasio, que es una base fuerte, el KOH. Y en este caso lo que tenemos es un ácido 00:01:50
y una base de arrenios. Y lo que vamos a considerar es la neutralización de arrenios. Vamos a comenzar 00:01:55
considerando por un lado la disolución del ácido. Sabemos que el ácido clorhídrico es un ácido 00:02:03
fuerte en disolución acuosa se disocia por completo. Y aquí tenemos ácido clorhídrico más agua para 00:02:09
formar ion cloruro y oxidáneos. Podemos calcular, puesto que tenemos el volumen y la concentración 00:02:14
del ácido clorhídrico, la cantidad inicial del ácido en su disolución, 0,015 moles. Y a la vista 00:02:21
de la ecuación de disociación ajustada, podemos calcular la concentración de oxidáneos que 00:02:28
tendríamos, una vez que se haya producido la disociación completa del ácido clorhídrico, 00:02:35
igual al anterior 0,015 moles. Por otro lado, vamos a ver qué es lo que ocurre en la disolución 00:02:39
del hidróxido de potasio. Bueno, pues el hidróxido de potasio es una base fuerte, es una base de 00:02:47
Arrhenius, en disolución acuosa se disocia por completo, conforme a la ecuación que tenemos aquí. 00:02:52
Igualmente, podemos calcular la cantidad de hidróxido de potasio que había contenida en 00:02:57
su disolución, puesto que conocemos el volumen y la concentración. Y resulta que en ese volumen 00:03:02
de esa disolución hay 0,020 moles de hidróxido de potasio. Una vez más, nos interesa los iones 00:03:08
hidróxido tras la disociación a la vista de los coeficientes estequiométricos. La cantidad de 00:03:15
hidróxido formada coincide con la inicial del hidróxido de potasio y entonces tenemos de iones 00:03:21
hidróxido en esta disolución 0,020 moles. Cuando se produzca la mezcla lo que 00:03:26
tendremos son esta cantidad de oxidanios y esta cantidad de hidróxidos contenidos 00:03:33
dentro de un volumen que será la suma de 150 más 100 mililitros la suma de los 00:03:39
volúmenes de las dos disoluciones. Este volumen es igual a 0,250 litros y si 00:03:44
dividimos las cantidades que hemos calculado anteriormente entre el volumen 00:03:50
de la mezcla, resulta que una vez se haya producido la mezcla, tendremos 00:03:53
provenientes del ácido una concentración 0,060 molar de oxidáneos y 00:03:57
provenientes de la base una concentración 0,080 molar de iones 00:04:03
hidróxido. Lo que vamos a hacer es considerar que la neutralización 00:04:08
corresponde a la combinación de estos iones oxidáneo con estos hidróxidos en 00:04:14
el equilibrio iónico del agua. Y lo que vamos a hacer es considerar precisamente 00:04:19
ese equilibrio. Agua más agua en equilibrio con oxidáneos e hidróxidos. Es equivalente a lo que 00:04:23
habíamos visto anteriormente cuando hablamos de la neutralización de Arrhenius. Aquí no estamos 00:04:29
escribiendo hidrón más hidróxido para producir agua, puesto que necesitamos utilizar el producto 00:04:34
iónico del agua, es el valor numérico de la constante del equilibrio que necesitamos utilizar. 00:04:41
Y, consecuentemente, tenemos que escribir necesariamente la ecuación de neutralización 00:04:45
de los oxidáneos y de los hidróxidos en la forma en la cual nosotros conocemos la constante del 00:04:50
equilibrio agua más agua para formar oxidáneos e hidróxido. Vamos a escribir la ecuación abreviada 00:04:55
2 agua en lugar de agua más agua y vamos a considerar que partimos de concentraciones 00:05:02
iniciales iguales a 0,060 molar de oxidáneo y 0,080 molar de hidróxidos. Estas concentraciones 00:05:07
son mayores que z a la menos 7, desde luego, ambas dos. Y eso quiere decir que tenemos el equilibrio 00:05:16
iónico del agua desplazado hacia la derecha. Tenemos una cantidad excesiva de oxidáneos e hidróxidos 00:05:22
contenidos en el volumen de la disolución en comparación con la del equilibrio. Y podríamos 00:05:28
razonar conforme al principio de Châtelier, puesto que nos encontramos con un equilibrio y todo lo 00:05:33
que dijimos en la unidad 5 sigue siendo de aplicación aquí. Si tenemos una cantidad excesiva 00:05:38
de productos en este equilibrio, el sistema va a evolucionar consumiendo productos para 00:05:43
formar reactivos. Así que yo lo que voy a pensar es que hay una cierta cantidad referida 00:05:48
en volumen, una cierta concentración de oxidáneos e hidróxidos que se va a consumir para formar 00:05:54
agua. ¿Hasta qué momento? Pues hasta que se alcance el equilibrio iónico del agua. 00:05:59
En ese momento la concentración de oxidáneos habrá disminuido, será la inicial menos 00:06:05
esta cantidad, esta concentración C que he dicho que se va a consumir y lo mismo con el caso del 00:06:10
hidróxido. Lo que tendré será 0,080 menos C. En el equilibrio se debe cumplir la leviación de 00:06:16
masas de tal forma que esta concentración multiplicada por esta otra debe ser igual al 00:06:23
producto iónico del agua, 10 a la menos 14. Si resolvemos esta ecuación nos encontramos con estos 00:06:27
dos valores 0,060 y 0,080 molar. La solución con sentido es la positiva menor, así que lo que 00:06:32
reacciona va a ser igual a una cantidad equivalente a una concentración de 0,060 molar. Así pues, en 00:06:41
el equilibrio los oxidáneos provenientes del ácido se habrán consumido por completo, se habrán 00:06:49
neutralizado con una parte de los hidróxidos provenientes de la base y va a quedar un exceso 00:06:55
de base que se calcula igual a 0,020 molar, equivalente a 0,020 moles de hidróxidos en 00:07:00
cada litro de disolución. Fijaos que como tengo un exceso de base en comparación con 00:07:08
el ácido, la disolución tiene carácter básico y eso lo puedo apreciar con esta concentración 00:07:12
de iones hidróxido 0,020 molar. Quisiera hacer notar que este cero no es un cero realista, 00:07:18
evidentemente lo que vamos a tener es una concentración de hidróxidos que multiplicada 00:07:25
por la concentración correspondiente de oxidanios va a dar lugar al valor 10 a la menos 14 del 00:07:32
producto iónico del agua y si yo multiplico 0 por 0,020 evidentemente sale 0 no 10 a la menos 14 00:07:38
este 0 debo interpretarlo como una cantidad mucho más pequeña que esta otra y aunque fuera 10 a la 00:07:44
menos 7, evidentemente son varios órdenes de magnitud por debajo. Así que no interpretéis 00:07:51
este valor cero aquí como un valor realista. Al final de todo esto, ¿qué es lo que estoy 00:07:56
obteniendo? Bueno, pues en la disolución final, una vez que he alcanzado el equilibrio y he llegado 00:08:03
al final del todo, lo que tengo es una cierta cantidad de cationes de potasio y de aniones de 00:08:08
cloruro que provienen de la disociación del hidróxido de potasio y del ácido clorhídrico, 00:08:15
así como este exceso de iones hidróxido que provienen de haber neutralizado los oxidáneos 00:08:23
con una parte de los hidróxidos. Podríamos pensar que esta cantidad de hidróxido en exceso y así 00:08:30
como estas cantidades de aniones cloruro y de cationes potasio pudieran estar combinadas formando 00:08:39
especies neutras. No es así, pero podríamos pensarlo. De tal manera que podríamos tomar 00:08:46
estos 0,015 moles de cloruros y combinarlos con 0,015 moles de cationes de potasio para 00:08:51
formar cloruro de potasio, que sería la sal que proviene de la unión de este anión y 00:08:58
este cation. Nos queda un exceso de 0,005 moles de cationes de potasio que podríamos 00:09:01
combinar con estos hidróxidos para formar la especie neutra hidróxido de potasio. Y 00:09:09
podemos considerar en un momento dado que lo que tenemos es en la disolución, aparte del agua, 0,015 00:09:15
moles de cloro de potasio y 0,005 moles de hidróxido de potasio. Eso no es cierto. Sabemos que esta 00:09:21
sal es soluble, está disociada por completo. Sabemos que esta base es fuerte, se encuentra disociada 00:09:26
por completo. Pero si quisiéramos pensar en términos de especies neutras, esto es lo que 00:09:31
habríamos obtenido al final del todo. Podríamos haber obtenido este mismo resultado para el 00:09:35
carácter ácido básico de la mezcla e incluso el mismo valor numérico 0,020 molar para la 00:09:42
concentración de iones hidróxido siguiendo un camino diferente. En este caso lo que podemos 00:09:47
hacer es considerar directamente la reacción de neutralización que viene dada por la neutralización 00:09:54
de Arrhenius. Ácido más base para formar una sal más agua, puesto que este ácido es de Arrhenius y 00:10:00
esta base es de Arrhenius. Es una forma de encarar el ejercicio completamente diferente, pero vamos a 00:10:08
ver que vamos a llegar al mismo resultado. Supongamos que esto fuera así. Para operar con esta ecuación 00:10:14
química de neutralización necesito las cantidades de ácido clorhídrico y de hidróxido de potasio 00:10:22
que contenidas en las disoluciones iniciales. Eso lo hicimos anteriormente, podríamos repetir los 00:10:27
cálculos y obtener que la disolución de ácido clorhídrico contiene 0,015 moles del ácido y la 00:10:33
disolución del hidróxido de potasio contiene 0,020 moles de la base. Así pues, lo que tenemos para 00:10:40
reaccionar son 0,015 moles de esta sustancia y 0,020 moles de esta otra. A la vista de la 00:10:46
estequiometría de la reacción, puesto que ambos reactivos se consumen en iguales cantidades, 00:10:52
podemos ver sin más que el ácido clorhídrico es el reactivo limitante del que tengo menos, 00:10:57
se va a consumir por completo y me va a quedar un exceso de la base que se calcula así más que 00:11:01
restando 0,020 menos 0,015, que son los que se van a gastar porque se van a consumir en igual 00:11:06
cantidad que éste, me queda un exceso de la base igual a 0,005 moles. Y habré formado, desde el 00:11:12
punto de vista de esta ecuación química, 0,015 moles de cloruro de potasio, además de la misma 00:11:21
cantidad de agua, pero eso en este momento no me interesa. ¿Qué es lo que ocurre con el hidróxido 00:11:27
de potasio que me queda sin consumir, sin neutralizar? Pues que va a contribuir al carácter 00:11:32
ácido base de la disolución. De hecho, yo sé que el hidróxido de potasio es una base fuerte que se 00:11:38
disocia por completo y lo que voy a hacer es considerar la disociación de estos 0,005 moles 00:11:42
de hidróxido de potasio. A la vista de la estequimetría de la reacción química de disociación, se va a 00:11:48
formar de iones hidróxido una cantidad igual a la de hidróxido de potasio que había inicialmente, 00:11:54
o sea, una cantidad de 0,005 moles de hidróxido. Se forman hidróxidos, la disolución tiene carácter 00:11:58
básico. Voy a hacer algo cuantitativo. Voy a calcular la concentración de iones hidróxido. 00:12:07
Para ello tengo que tener en cuenta que esta cantidad va a estar contenida dentro del volumen 00:12:12
de la mezcla, que es la suma de los volúmenes de las dos disoluciones, igual que hicimos 00:12:16
anteriormente. Un volumen igual a 0,250 litros. Consecuentemente puedo calcular la concentración 00:12:20
de hidróxidos en la mezcla y al hacer la división obtengo el mismo valor que antes, 0,020 molar. 00:12:27
A lo que he llegado utilizando este otro método alternativo es a que en la disolución al final 00:12:36
de los finales he formado una cantidad de cloruro de potasio 0,015 moles por la ecuación de 00:12:42
neutralización de Arrhenius, se ha formado una cantidad de hidróxido igual a 0,005 moles 00:12:50
correspondiente al exceso y con esto calculé los hidróxidos y podría haber calculado análogamente 00:12:56
la cantidad de cationes de potasio que se producían en la disociación. Fijaos en que estas dos 00:13:02
cantidades, la del hidróxido de potasio y la del cloruro de potasio, coinciden con las que habríamos 00:13:07
calculado utilizando el método anterior. Así pues, eso quiere decir que, puesto que este segundo 00:13:12
método es más sencillo. En el caso en el que consideremos la neutralización de ácidos 00:13:18
y bases fuertes, en general lo que vamos a hacer es considerar la ecuación de neutralización 00:13:24
de Arrhenius así. Lo que vamos a hacer es considerar que el ácido y la base se van 00:13:29
a consumir por completo hasta lo que determine el reactivo limitante. Lo que vamos a hacer 00:13:33
es ver cuál es el reactivo en exceso. Vamos a calcular el exceso de ese reactivo y vamos 00:13:40
a considerar que este es el que le confiere el carácter ácido o básico a la disolución. En este 00:13:44
caso teníamos un exceso del hidróxido de potasio, teníamos una disolución de carácter básico. Si 00:13:50
hubiéramos tenido un exceso del ácido clorhídrico, habríamos llegado a una conclusión análoga. La 00:13:55
disolución tenía carácter ácido. Habríamos planteado la disociación por completo del ácido 00:13:59
puesto que es fuerte y calcularíamos la concentración de hidrones o de oxidánios es análogo. 00:14:04
Con todo esto que hemos visto a lo largo de esta videoclase ya podríais resolver los ejercicios propuestos del 1 al 4 00:14:08
En el aula virtual de la asignatura tenéis disponibles otros recursos, ejercicios y cuestionarios 00:14:17
Asimismo tenéis más información en las fuentes bibliográficas y en la web 00:14:26
No dudéis en traer vuestras dudas e inquietudes a clase o al foro de dudas de la unidad en el aula virtual 00:14:30
Un saludo y hasta pronto 00:14:36
Idioma/s:
es
Autor/es:
Raúl Corraliza Nieto
Subido por:
Raúl C.
Licencia:
Reconocimiento - No comercial - Sin obra derivada
Visualizaciones:
81
Fecha:
22 de agosto de 2021 - 11:11
Visibilidad:
Público
Centro:
IES ARQUITECTO PEDRO GUMIEL
Duración:
15′ 06″
Relación de aspecto:
1.78:1
Resolución:
1024x576 píxeles
Tamaño:
27.66 MBytes

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