Laboratorio virtual de valoración: volúmenes y curvas de pH

Este laboratorio virtual de valoración (titulación) reúne dos prácticas escolares en una sola simulación. La parte A corresponde a la práctica obligatoria (required practical) de AQA GCSE sobre valoración: los estudiantes añaden hidróxido de sodio desde una bureta al ácido clorhídrico hasta que el indicador cambia, anotan el volumen gastado y calculan la concentración del ácido. La parte B sigue el laboratorio de AP Chemistry sobre cómo la fuerza del ácido da forma a la curva de valoración: los estudiantes valoran un ácido fuerte y uno débil, comparan las curvas, leen el pKa en la media equivalencia y prueban dos indicadores. Cada gota actualiza el pH y la curva, así que los estudiantes ven por qué el punto final es tan brusco.

Relación con el currículo

• AQA GCSE Chemistry 4.4.2.5 (valoraciones) y su práctica obligatoria para hallar los volúmenes que reaccionan de un ácido fuerte y un álcali fuerte.
• AP Chemistry Unit 8, tema 8.5 Acid–Base Titrations (SAP-9.E), y el laboratorio de AP Chemistry sobre curvas de valoración de ácidos de distinta fuerza y concentración.
• La misma valoración aparece en IB Chemistry y A-level Chemistry.

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:

"Se valoran 20 mL de HCl 0,10 M y 20 mL de CH₃COOH 0,10 M, cada uno con NaOH 0,10 M. ¿Cuál necesita más NaOH para llegar al punto de equivalencia?"

Espera muchos votos para el HCl ("es el ácido más fuerte"). Deja la pregunta abierta.

Método en la simulación

Parte A: volúmenes que reaccionan (GCSE)

1. Pon Ácido en HCl, C(ácido) en 0,08 M, V(ácido) en 25 mL, C(NaOH) en 0,10 M e Indicador en fenolftaleína. Fija estos valores en el enlace de clase.
2. Valoración aproximada: pulsa +1 mL hasta que el matraz se vuelva rosa. Anota el volumen.
3. Pulsa Reiniciar. Añade +1 mL hasta quedarte 1 mL por debajo del volumen aproximado, y luego pulsa +1 gota hasta el primer color rosa. Anota la lectura de la bureta.
4. Calcula: moles de NaOH = 0,10 × volumen gastado (en L), moles de HCl = moles de NaOH, concentración de HCl = moles ÷ 0,025 L.

Parte B: curvas de ácido fuerte frente a ácido débil (AP)

5. Ajusta HCl, 0,10 M, 20 mL, NaOH 0,10 M, fenolftaleína. Anota el pH en cada volumen de la tabla.
6. Cambia Ácido a CH₃COOH y repite.
7. Cambia Indicador a naranja de metilo con cada ácido. Lee dónde dice la simulación que cambia el color.

V(NaOH) (mL)	0	5	10	15	19	20	21	25
pH, HCl
pH, CH₃COOH

Resultados esperados

Parte A. A 20,00 mL el matraz sigue incoloro a pH 7,00. La gota siguiente (20,05 mL) lleva el pH a 10,05 y el matraz se vuelve rosa. Con un volumen gastado de 20,05 mL: n(NaOH) = 0,10 × 0,02005 = 0,002005 mol, y c(HCl) = 0,002005 ÷ 0,025 = 0,080 mol/L. Las valoraciones repetidas dan la misma lectura, porque la simulación no tiene errores de lectura.

Parte B. Lecturas de la simulación:

V(NaOH) (mL)	0	5	10	15	19	20	21	25
pH, HCl	1,00	1,22	1,48	1,85	2,59	7,00	11,39	12,05
pH, CH₃COOH	2,88	4,27	4,75	5,22	6,02	8,72	11,39	12,05

• Los dos ácidos llegan a la equivalencia a 20,00 mL: los mismos moles de ácido necesitan los mismos moles de NaOH.
• El ácido débil empieza más arriba, sube suavemente por una zona tampón y tiene su punto de equivalencia a pH 8,72, no a 7.
• En la media equivalencia (10,00 mL) el pH del ácido débil es 4,75, que coincide con pKa = 4,74.
• La fenolftaleína cambia de color a 20,00 mL (HCl) y a 19,99 mL (CH₃COOH). El naranja de metilo sirve para el HCl (19,98 mL), pero con CH₃COOH cambia a 6,22 mL, un error de alrededor de −69 %.

Preguntas para los estudiantes

1. (Predicción, se repite después del laboratorio) ¿Qué ácido necesita más NaOH para llegar al punto de equivalencia?
2. En la parte B, ¿cuál es la variable independiente?
3. En la parte A, ¿cuál es la concentración del HCl?
4. ¿Cuál es el pH de la disolución de CH₃COOH en la media equivalencia y qué te indica?
5. ¿Por qué el naranja de metilo es un mal indicador para la valoración del CH₃COOH?

Respuestas para el docente: (1) Los dos lo mismo: 20,00 mL. (2) El tipo de ácido, fuerte o débil. (3) 0,080 mol/L (se acepta 0,078–0,082). (4) 4,75, igual al pKa del ácido etanoico (se acepta 4,72–4,78). (5) Su cambio de color (pH 3,1–4,4) cae en la zona tampón, mucho antes del salto brusco, así que cambia hacia 6 mL en lugar de 20 mL.

Ideas erróneas frecuentes

• "Un ácido fuerte necesita más álcali." La fuerza cambia el pH, no los moles de ácido. Los mismos moles necesitan los mismos volúmenes.
• "El punto de equivalencia siempre está a pH 7." Solo para un ácido fuerte con una base fuerte. Los iones etanoato hacen básica la disolución en la equivalencia del ácido débil.
• "El punto final y el punto de equivalencia son lo mismo." El punto final es donde cambia el indicador. Solo coincide con el punto de equivalencia cuando el intervalo del indicador queda dentro del salto.

Ampliación

• La concentración y el salto: pon las dos concentraciones en 0,01 M y compara el tamaño del salto de pH con la curva de 0,10 M. Pregunta qué indicador sigue sirviendo.
• Límites de la bureta: pon C(ácido) en 0,5 M y V(ácido) en 50 mL. La simulación avisa de que el volumen de equivalencia supera 50 mL. Los estudiantes rediseñan la valoración para que el volumen gastado sea de 10–25 mL.

Preguntas frecuentes

¿Se puede ocultar la concentración del ácido como una auténtica incógnita?

No. La simulación muestra la concentración del ácido y el volumen de equivalencia. Usa la parte A para la técnica y el cálculo, y deja las incógnitas reales para el laboratorio real.

Mi clase es solo de GCSE. ¿Qué preguntas debo usar?

Las preguntas 1 y 3 y el método de la parte A. Sustituye las preguntas 4 y 5 por otras tuyas, por ejemplo "¿Por qué añadimos el NaOH gota a gota cerca del punto final?"

¿Por qué el pH salta de 7,00 a 10,05 con una sola gota?

En la equivalencia no hay exceso de ácido ni de base. Una gota más de NaOH 0,10 M es un gran exceso de OH⁻ en una disolución casi sin H⁺, así que el pH sube unas tres unidades.

Simulaciones y guías relacionadas

Ácidos fuertes y débiles – misma concentración, ¿qué cambia? Ácidos, bases e indicadores – valoración gota a gota

Para estudiar la zona tampón con más detalle, consulta el laboratorio virtual de disoluciones amortiguadoras. Para lo básico del pH, consulta el plan de clase sobre la escala de pH. Para crear cuestionarios con esta simulación, consulta añadir simulaciones a preguntas de cuestionario.