Neutralizar un alcalino que tiene un pH de 12.34, usando un ácido al 40% [Problema resuelto]

Ejercicio de pH REAL

Ejercicio.

Neutralizar un alcalino que tiene un pH de 12.34, usando un acido al 40%

Es necesario tirar 5000 L de agua neutralizada pero, ahora mismo esta alcalinizada con KOH (Hidróxido de potasio) con un pH de 12.34, se tiene a la mano H2SO4 (Ácido sulfúrico) al 40% con una densidad de 1.44 g / cm3 para hacer esa acción, es importante realizar los cálculos precisos pues la CONAGUA llegara mañana a primera hora a realizar un análisis de pH.

Éste problema es de nivel AVANZADO, muchas empresas como las electroquímicas (galvanoplastía) neutralizan sus aguas para no ser multadas por la CONAGUA, no creo que sea ilegal, pues al neutralizar esta reacción obtienes la siguiente reacción química;

Te lo explico en video 

H₂SO₄  + 2KOH ----> K₂SO₄ + 2H₂O

Datos

pH_(KOH) = 12.34
V_(KOH) = 5,000 L
X_H2SO4 = 40%
D_H2SO4 = 1.44 g/cm³ = 1.44 g/ml

La respuesta a éste problema esta presente en la reacción de arriba, (reacción de neutralización), si logramos neutralizar la solución estequiométricamente lograremos cumplir lo que se nos encomienda, nótese que el problema nos da el volumen y el pH, el volumen del líquido en un tinaco se puede calcular fácilmente con al fórmula del volumen del cilindro (V = pi x r x h), ¿pero la concentración de KOH?, esta concentración la obtendremos con el pH, pues existe una relación, una vez calculada dicha concentración será necesario calcular los moles de KOH, aplicar estequiometría para saber cuántos moles de H2SO4 son necesarios para llegar a esa neutralización, convertir esos moles a unidades de masa, y esas unidades de masa a unidades de volumen, puesto que el H2SO4 la encontramos diluida, y como está al 40% debemos hacer la conversión. Empezamos;

Calculando la Concentración de KOH en 5,000 L de solución con un pH de 12.34.

Reacción de ionización del KOH en agua.

KOH <------> K⁺ + OH^-

Calculando el pOH

pH + pOH = 14
pOH = 14 - pH
pOH = 14 - 12.34
pOH = 1.66

Calculando la Concentración de KOH (Conc. de iones OH^- a neutralizar)

[OH^-] = 10^-pOH
[OH^-] = 10^-1.66
[OH^-] = 0.0218 M

0.0218 M Es la concentración Molar del KOH en 5,000 L

Calculando el numero de moles de KOH en 5,000 L

M = n_KOH /L. sol.
n_KOH = M x L. sol.
n_KOH = 0.0218 mol/ L x 5,000 L
n_KOH = 109 mol

Es decir, en 5,000 L de KOH con un pH de 12.34 hay 109 moles de éste compuesto

Calculando los moles necesarios de H₂SO₄ para 109 moles de KOH (Aplicando estequiometría)

Reacción química de neutralización;

H₂SO₄  + 2KOH ----> K₂SO₄ + 2H₂O

*Lógica estequiométrica; "¿2 moles de KOH reaccionan con 1 mol de H₂SO₄, cuantas moles de H₂SO₄ se ocupan para reaccionar con 109 moles de KOH? "

Calculando los moles necesarios de ácido sulfúrico

54.5 moles de H₂SO₄ reaccionan con 109 moles de KOH

La reacción química real quedaría;

54.5 H₂SO₄  + 109 KOH ----> 54.5 K₂SO₄ + 109 H₂O

Calculando la masa necesaria de H₂SO₄

El Peso molecular del H₂SO₄ es de 98 g/mol, por tanto;

Gramos necesarios de ácido sulfúrico para neutralizar 5000 L de KOH con un pH de 12.34

5341 g de H₂SO₄ son necesarios para neutralizar 5,000L de KOH con un pH de 12.34

Calculando el volumen de H₂SO₄ con ayuda de la densidad

d = m / v

v = m / d

v = 5341 g / 1.44 g/ml
v = 3709.02 ml

Se ocuparía 3709.02 ml de H₂SO₄ al 100%, pero en ésta empresa solo hay H₂SO₄ al 40%, por tanto haremos la conversión;

Base de cálculo

Para 100 ml de H₂SO₄ impuro hay 40 ml de H₂SO₄ puro;

Una relación de 100% a 40% para sacar 40% de ácido sulfúrico con una base de cálculo simple

9272.55 ml, más bien 9.2 L de H₂SO₄ al 40% se requiere para neutralizar 5,000 L de KOH con un pH de 12.34.

Espero a ti amigo ingeniero te sirva estos cálculos, tenemos un Facebook donde nos relajamos un poco con la química y publicamos éste tipo de cosas, ven y síguenos. Facebook/QuimicaOficialCom