Laboratorio virtual de valoración de muestras problema

Este laboratorio virtual de valoración de muestras problema corresponde a los laboratorios de AP Chemistry sobre el contenido ácido de una bebida y sobre el peróxido de hidrógeno por valoración redox. También corresponde a la práctica obligatoria (required practical) de valoración de AQA GCSE, que termina con un cálculo de concentración. Cada muestra esconde una concentración nueva al azar, así que los estudiantes no pueden copiar la respuesta del compañero. Diluyen la muestra, hacen una valoración aproximada y luego valoraciones precisas hasta que dos coinciden. Después calculan la concentración y pulsan Comprobar. La simulación muestra su porcentaje de error y una resolución paso a paso.

Relación con el currículo

• AP Chemistry Unit 4: tema 4.6 Introduction to Titration (SPQ-4.B) y tema 4.9 Oxidation–Reduction Reactions. También los laboratorios de AP Chemistry sobre el contenido ácido de una bebida y sobre el % de peróxido de hidrógeno por valoración con permanganato.
• AQA GCSE Chemistry 4.4.2.5 (valoraciones) y su práctica obligatoria de valoración, que incluye el cálculo de una concentración desconocida.

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

Antes del laboratorio (5 min)

Pide a los estudiantes que se comprometan con una predicción:

"Pones 25,00 cm³ de vinagre sin diluir (ácido etanoico de alrededor de 0,8 mol/dm³) en un matraz y lo valoras con NaOH 0,100 mol/dm³ desde una bureta de 50 cm³. ¿Qué pasará?"

Muchos estudiantes esperan un volumen gastado normal, de unos 20 cm³. Deja la pregunta abierta hasta que lo prueben.

Método en la simulación

1. Pon Muestra en Vinagre y Dilución en Sin diluir. Llena la bureta, toma una muestra y abre la llave del todo. Observa cómo la bureta baja hasta 50 cm³ sin cambio de color. Así se pone a prueba la predicción.
2. Pon Dilución en Recomendada (×10: 25,00 cm³ enrasados a 250,0 cm³).
3. Lee la lectura inicial de la bureta en la vista ampliada, con precisión de 0,05 cm³. Abre la llave del todo para una valoración aproximada, ciérrala con el primer color rosa, lee la lectura final y pulsa Anotar.
4. Pulsa Tomar muestra. Abre la llave hasta quedarte 1 cm³ por debajo del volumen aproximado y luego pulsa +1 gota hasta que todo el matraz quede rosa pálido. Anota. Repite hasta que dos valoraciones precisas coincidan dentro de 0,10 cm³.
5. Calcula el contenido de ácido etanoico del vinagre original en g/dm³ y pulsa Comprobar.
6. Repite con H₂O₂ de farmacia (×25, valorado con KMnO₄ 0,0200 mol/dm³, sin indicador) y con Zumo de fruta (×2, ácido cítrico).

Para estudiantes más jóvenes, marca Leer la bureta por mí.

Ensayo	Lectura final (cm³)	Lectura inicial (cm³)	Volumen gastado (cm³)	¿Concordante?
Aproximada
1
2
3

Resultados esperados

El vinagre sin diluir necesita 167–248 cm³ de NaOH, así que la bureta siempre se vacía antes. Con 40 muestras nuevas de cada tipo, la simulación dio:

Muestra	Dilución	Valorante	Volumen de equivalencia (cm³)	Valor oculto
Vinagre	×10	NaOH 0,100 M	16,7–24,9	40–60 g/dm³ de CH₃COOH
Zumo de fruta	×2	NaOH 0,100 M	11,7–27,3	6–14 g/dm³ de ácido cítrico
H₂O₂ de farmacia	×25	KMnO₄ 0,0200 M	14,1–19,0	2,40–3,30 %

Un ejemplo con vinagre: aproximada 18,25 cm³, luego 18,20 y 18,30 cm³ (concordantes), media 18,25 cm³.

• n(NaOH) = 0,100 × 0,01825 = 1,825 × 10⁻³ mol = n(CH₃COOH).
• c en el matraz = 1,825 × 10⁻³ ÷ 0,02500 = 0,0730 mol/dm³. Original = × 10 = 0,730 mol/dm³.
• 0,730 × 60,05 = 43,8 g/dm³. El valor real de la simulación era 43,6 g/dm³, un error de +0,5 %.

Un ensayo con H₂O₂ dio 15,65 y 15,55 cm³ (media 15,60 cm³), que corresponde a 2,65 %, igual al valor real. La etiqueta dice 3 %, pero los valores ocultos van de 2,4 a 3,3 % porque el peróxido abierto se descompone.

Preguntas para los estudiantes

1. (Predicción, se repite después del laboratorio) ¿Qué pasa si valoras vinagre sin diluir con una bureta de 50 cm³?
2. ¿Cuál es una variable controlada en la valoración del vinagre?
3. ¿Cuál es el contenido de ácido etanoico de tu muestra de vinagre, en g/dm³?
4. A partir de unos datos de valoración dados, ¿cuál es el % de H₂O₂ en el frasco?
5. ¿Qué le pasa al resultado si se supone que el ácido cítrico reacciona 1 : 1 con el NaOH, y por qué?

Respuestas para el docente: (1) La bureta se vacía antes, porque harían falta unos 200 cm³. (2) El volumen de vinagre diluido que se pipetea, 25,00 cm³. (3) Todas las muestras están entre 40 y 60 g/dm³, así que se aceptan respuestas de 38,5 a 62. Comprobar en la simulación da el error de cada estudiante. (4) 2,92 % (se acepta 2,89–2,95). (5) El resultado sale tres veces mayor: el ácido cítrico es triprótico, así que n(ácido) = n(NaOH) ÷ 3.

Ideas erróneas frecuentes

• "Los ácidos débiles necesitan menos álcali." El ácido etanoico también reacciona 1 : 1 con el NaOH. La fuerza cambia la curva de pH, no los moles.
• "Olvidar el factor de dilución es un error pequeño." Hace que el resultado sea 10 veces (vinagre) o 25 veces (H₂O₂) menor.
• "El KMnO₄ necesita un indicador." El permanganato es violeta y el Mn²⁺ es casi incoloro, así que el primer rosa pálido permanente es el punto final. El KMnO₄, oscuro, se lee en la parte superior del menisco.

Ampliación

• Diseñar la dilución: pon el vinagre en ×2 o ×25 y compara los volúmenes gastados. ¿Qué dilución mantiene el volumen gastado entre 10 y 25 cm³, y por qué un volumen gastado de menos de 10 cm³ aumenta el porcentaje de error?
• Proporción redox: pide a los estudiantes que deduzcan n(H₂O₂) = 5/2 × n(MnO₄⁻) a partir de las semirreacciones antes de valorar.

Preguntas frecuentes

¿Todos los estudiantes obtienen el mismo resultado?

No. Cada Nueva muestra esconde un valor nuevo al azar, así que la pregunta 3 acepta todo el intervalo de 40–60 g/dm³. La pregunta 4 usa números fijos para que haya una sola respuesta corregida.

¿Qué precisión tiene el material simulado?

La bureta se lee con precisión de 0,05 cm³, una gota son unos 0,05 cm³ y la pipeta varía unos ±0,03 cm³. Con puntos finales cuidadosos, gota a gota, los estudiantes suelen quedar dentro de ±1 % del valor real.

¿Por qué el punto final del zumo llega un poco antes?

El tercer protón del ácido cítrico es débil, así que la fenolftaleína se vuelve rosa alrededor de un 0,5 % antes del punto de equivalencia. La nota del modelo en la simulación lo explica.

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