Laboratorio virtual de curvas de pH: base débil y H₃PO₄

Este laboratorio virtual de curvas de pH sigue la práctica de A-level e IB en la que los estudiantes miden una curva de valoración con un pH-metro. Calibran la sonda con tampones de pH 4, 7 y 10, valoran amoníaco con ácido clorhídrico, anotan el pH tras cada adición y hallan el punto final a partir de ΔpH/ΔV. La curva da el pKb del amoníaco en la semiequivalencia y muestra qué indicadores servirían. Después, el ácido fosfórico da dos saltos en una misma curva. Todos los valores de abajo salen de la simulación.

Relación con el currículo

• AQA A-level Chemistry 7405, 3.1.12.5 (curvas de pH, valoraciones e indicadores) y la práctica obligatoria (required practical) 9: cómo cambia el pH cuando un ácido débil reacciona con una base fuerte y cuando un ácido fuerte reacciona con una base débil.
• IB Chemistry (primera evaluación en 2025), R3.1: curvas de pH de ácidos y bases fuertes y débiles, y la elección del indicador.
• AP Chemistry Unit 8, tema 8.5 Acid–Base Titrations (SAP-9.E), incluidos los ácidos polipróticos.

Simulic no está afiliado a AQA, al Bachillerato Internacional ni al College Board, ni cuenta con su respaldo.

Antes del laboratorio (5 min)

Pide a los estudiantes que se comprometan con una predicción, en papel o como pregunta 1 del enlace de clase:

"Se valoran 20 mL de amoníaco 0,10 M con HCl 0,10 M. ¿El pH en el punto de equivalencia será menor que 7, exactamente 7 o mayor que 7?"

Los estudiantes que conocen las curvas de ácidos débiles suelen decir "mayor que 7".

Método en la simulación

1. Pon Vista en Práctica con sonda. Deja Matraz + bureta en NH₃ + HCl (base débil, ácido fuerte), C(NH₃) 0,10 M, V(NH₃) 20 mL y C(HCl) 0,10 M.
2. Calibra: pulsa Tampón pH 4, Tampón pH 7 y Tampón pH 10, anota cada lectura y luego pulsa Calibrar.
3. Pulsa Anotar en 0 mL. Añade HCl con +1 mL y pulsa Anotar tras cada adición. Entre 19 y 21 mL, usa el control deslizante V(HCl) añadido para añadir 0,5 mL cada vez.
4. Lee el análisis bajo la tabla de resultados: el punto final y el pH a la mitad de ese volumen. Revisa la tabla de indicadores.
5. Cambia Matraz + bureta a H₃PO₄ + NaOH (ácido triprótico) (la sonda sigue calibrada) y anota en 0, 10, 19, 20, 21, 30, 39, 40, 41 y 50 mL.

V(HCl) (mL)	0	5	10	15	19	19,5	20	20,5	21	25	30
pH (NH₃)

Resultados esperados

Calibración. La sonda sin calibrar marca 4,46; 7,28 y 10,10 en los tampones. Después de Calibrar, las lecturas son correctas.

Amoníaco con HCl:

V(HCl) (mL)	0	5	10	15	19	19,5	20	20,5	21	25	30
pH	11,12	9,73	9,25	8,77	7,97	7,66	5,28	2,91	2,61	1,95	1,70

• El punto de equivalencia está en 20,00 mL y pH 5,28: el NH₄⁺ es un ácido débil, así que la disolución es ácida.
• En la semiequivalencia (10,00 mL), pH = 9,25 = pKa(NH₄⁺), así que pKb(NH₃) = 14 − 9,25 = 4,75. Con las lecturas de arriba, la línea de análisis da un punto final de 19,75 mL y pKb ≈ 4,74.
• Tabla de indicadores: el rojo de metilo vira en 20,00 mL (0,0 %) y el naranja de metilo en 20,02 mL (+0,1 %), pero la fenolftaleína vira en 18,36 mL (−8,2 %).

Ácido fosfórico con NaOH: 1,63 en 0 mL; 2,29 en 10; 3,49 en 19; 4,70 en 20; 5,92 en 21; 7,20 en 30; 8,48 en 39; 9,66 en 40; 10,83 en 41 y 11,86 en 50 mL. Hay dos saltos, en 20 y 40 mL. A mitad de camino entre ellos, en 30 mL, pH = 7,20 = pKa₂. No hay tercer salto: el HPO₄²⁻ (pKa 12,35) es un ácido demasiado débil.

Preguntas para los estudiantes

1. (Predicción, se repite después del laboratorio) ¿El pH de equivalencia de NH₃ con HCl es menor que 7, igual a 7 o mayor que 7?
2. ¿Cuál es una variable controlada?
3. ¿Qué marca la sonda calibrada tras 10,00 mL de HCl?
4. ¿Cuál es el pH en 30,00 mL en la valoración del H₃PO₄?
5. ¿Por qué el rojo de metilo es mejor indicador que la fenolftaleína para NH₃ con HCl?

Respuestas para el docente: (1) Menor que 7 (5,28). (2) La concentración del HCl. (3) 9,25 (acepta 9,20–9,30), así que pKb = 4,75; sin calibrar, marca 9,39. (4) 7,20 (acepta 7,15–7,25), igual a pKa₂. (5) El salto va aproximadamente de pH 7,7 a 2,9. El rojo de metilo vira hacia pH 5, dentro del salto (20,00 mL); la fenolftaleína vira a 8,2, antes del salto (18,36 mL, un 8 % antes de tiempo).

Ideas erróneas frecuentes

• "Un pH-metro siempre marca el pH real." Sin calibrar, marca 9,39 en la semiequivalencia en lugar de 9,25, lo que da un pKb de 4,61.
• "Toda especie débil da un punto de equivalencia por encima de 7." Solo un ácido débil con una base fuerte. Una base débil con un ácido fuerte da 5,28.
• "Un ácido triprótico da tres saltos." El H₃PO₄ da dos, y el ácido cítrico solo uno, porque sus valores de pKa (3,13; 4,76; 6,40) están demasiado próximos.

Ampliación

• Carbonato de sodio: elige Na₂CO₃ + HCl (dos puntos de equivalencia). La fenolftaleína marca el primer punto final (20,13 mL) y el naranja de metilo el segundo (39,80 mL).

Preguntas frecuentes

¿En qué se diferencia del laboratorio virtual de valoración?

El laboratorio virtual de valoración usa la vista Valoración clásica (HCl o ácido etanoico con NaOH). Este usa la sonda de pH, una base débil y ácidos polipróticos.

¿Puede el enlace de clase abrirse en la práctica con sonda?

Sí. En los valores iniciales del enlace, pon Vista en Laboratorio con sonda de pH (más sistemas, tabla de resultados) y Sistema de valoración (vista de laboratorio) en NH₃ + HCl (base débil, ácido fuerte). La calibración no es un valor inicial, así que los estudiantes calibran al empezar.

¿Por qué el salto parece más pequeño que con HCl y NaOH?

La zona tampón de NH₃/NH₄⁺ ya ha bajado el pH a 7,97 en 19 mL. De 19 a 21 mL baja 5,4 unidades, frente a 8,8 unidades (de 2,59 a 11,39) con HCl y NaOH.

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