SOLUCIONES A LOS EJERCICIOS SOBRE DISOLUCIONES ÁCIDO-BASE

1. Razona si las disoluciones acuosas de las siguientes sales serán ácidas, básicas o neutras: KCl, Na2CO3, Na2S, NH4Br Datos Ka (H2CO3) = 4,7·10-11; Ka (H2S) = 1,0·10-19; Kb (NH3) = 1,8·10-5.

- KCl: procede de un ácido fuerte (HCl) y una base fuerte (KOH) asi que generarán una base conjugada débil (Cl-) y un ácido conjugado débil (K+), ninguna de estas últimas especies químicas se hidrolizará con el agua por lo que el pH permanecerá siendo neutro.

- Na2CO3: procede de un ácido débil (H2CO3) y una base fuerte (NaOH) asi que generarán una base conjugada fuerte (CO32-)

y un ácido conjugado débil (Na+). La base conjugada sí reaccionará con el agua generando un medio básico.CO3

2- + H2O HCO3- + OH-

- Na2S: procede de un ácido débil (H2S) y una base fuerte (NaOH) asi que generarán una base conjugada fuerte (S2-) y un ácido conjugado débil (Na+). La base conjugada sí reaccionará con el agua generando un medio básico.

S2- + H2O HS- + OH-

- NH4Br: procede de un ácido fuerte(HBr) y una base débil (NH3) asi que generarán un ácido conjugado fuerte (NH4+) y una

base conjugada débil (Br-). El ácido conjugado sí reaccionará con el agua generando un medio ácido.NH4

+ + H2O NH3 + H3O+ 2. Se dispone de una disolución acuosa 0,01M de ácido cloroetanoico (CH2ClCOOH), ácido monoprótido débil del tipo HA,

cuya constante, Ka, es 1,39·10-3. Calcula: a. pH y grado de disociaciónb. Los gramos de ácido necesario para preparar dos litros de esta disolución.

CH2ClCOOH + H2O CH2ClCOO- + H3O+

CH2ClCOOH CH2ClCOO- H3O+

n0 0,01 0 0Δn -x x xneq 0,01-x x x[ ]eq (0,01-x)/1 x/1 x/1

Ka=[CH 2ClCOO

− ] · [H 3O ]

[CH 2ClCOOH ]; 1,39·10−3= x2

0,1−x; x2 1,39 ·10−3 x 1,39·10−5=0 ; x=3,10 ·10−3

(si lo hiciera por la aproximación obtendría 3,73·10-3 que es sólo un orden de magnitud más pequeño que 0,01 (10-2) por lo que no sería una aproximación correcta).pH = -log 3,10·10-3 = 2,51

= xM

=3,10 ·10−30,01

=0,31

b) 1º averiguo los moles que hay en dos litros y luego lo paso a gramos.N= M·V=0,01·2= 0,02 mol de ácido cloroetanoico hay en dos litros de disolución.

0,02mol deácido cloroetanoico · 94,5g 1mol

=1,89 g de ácidocloroetanoico necesito

3. Razona la veracidad o falsedad de las siguientes afirmaciones:a. A igual molaridad, cuanto más débil es un ácido menor es el pH de sus disoluciones.b. A un ácido débil le corresponde una base conjugada débil.

a) Es Falsa porque cuanto más débil sea un ácido menos se disociará, menos iones hidronio producirá y por tanto la concentración de iones hidrónio será menor y por tanto el pH mayor.b) Es Falsa si se trata de un ácido muy débil ya que si su Ka es muy pequeña, como Ka·Kb=10 -14, la Kb, que es la constante de la base conjugada, debe ser grande.

4. Contesta razonadamente:a. ¿Cuál es el pH de 100 mL de agua destilada?b. ¿Cuál sería el pH después de añadirle 0,05 mL de ácido clorhídrico 10 M?

a) Como el de todo el agua destilada será 7 porque en el agua destilada la concentración de iones hidronio es igual a la de hidroxilo e igual a 10-7.b) si añado 0,05 mL de HCl 10 M estaré añadiendo n=M·V=10·5·10-5= 5·10-4 moles de HCl que, al ser un ácido fuerte, se disociarán completamente según la reacción HCl + H2O → Cl- + H3O+ por lo que se generarán 5·10-4 moles de H3O+ en

aproximadamente 100 mL de disolución (o 100,5 mL si queremos ser exactos) por lo que [H3O+] = 5·10-4/0,1 = 5·10-3. Finalmente el pH será pH = - log ( 5·10-3) = 2,3

5. Responde las siguientes cuestiones:a. Define los conceptos de ácido y base según la teoría de Arrhenius.b. Clasifica por su acidez, de mayor a menor, las siguientes disoluciones: 1) Disolución de pH 10; 2) disolución

de pOH 5; 3) disolución con concentración de iones hidroxilo 10-12 M; 4) disolución con concentración de protones 10-6 M

a) ácido: Toda especie química que en disolución acuosa se disocia formando iones hidronio. Base: Toda especie química que en disolución acuosa se disocia formando iones hidroxilo.b) Será más ácido cuanto menor sea el pH, por eso primero averiguamos los pH y luego los ordenamos de menor a mayor. 1) Disolución de pH 10. Así que el pH es de 10 2) disolución de pOH 5, pH = 14 - pOH = 14 – 5 = 9 3) disolución con concentración de iones hidroxilo 10-12 M. El pOH = - log[OH-] = - log(10-12) = 12; pH = 14 – 12 = 2 4) disolución con concentración de protones 10-6 M; El pH = - log [H3O+] = - log 10-6 = 6

Orden de acidez 3) > 4) > 2) > 1)6. Responde las siguientes cuestiones:

a. ¿Cuál es la base conjugada de las especies químicas HS- y NH3? Escribir las correspondientes reacciones ácido-base.

b. ¿Qué es un ácido fuerte? ¿Cuál es la relación existente entre la fuerza de un ácido y su constante de disociación?

a)Las bases conjugadas se obtienen cuando la especie química actúa como ácido.HS- + H2O S-2

+ H3O+

NH3+ H2O NH2- + H3O+

b) Un ácido fuerte es aquel que es capaz de ionizarse completamente en disoluciones acuosas diluidas, porque tienen una gran tendencia a ceder protones. Cuanto mayor sea la fuerza del ácido mayor será su constante de disociación porque más tenderá a disociarse.

7. Calcula:a. El pH de una disolución 0,03 M de ácido clorhídrico y el de una disolución de hidróxido sódico 0,05 M.b. El pH que resulta de mezclar 50 mL de cada una de las disoluciones anteriores (supón que los volumenes

son aditivos)a) pH de disolución de HCl: [HCl] = [H3O+] = 0,03 M pH = -log[H3O+] = -log 0,03 = 1,52pH de disolución de NaOH: [NaOH] = [OH-] = 0,05 M pOH = -log[OH-] = -log 0,03 = 1,30 pH = 14 – pOHpH = 14 – 1,30 = 12,7b) El reactivo limitante es el HCl porque su concentración es menormoles HCl: n=M·V=0,03·0,05= 1,5· 10-3 moles de HCl se han gastadomoles NaOH: n=M·V=0,05·0,05= 2,5· 10-3 moles de NaOH hay en total

1,5·10−3 mol de HCl · 1mol de NaOH1 mol de HCl

=1,5·10−3 mol de NaOH se han gastado

nNaOH= 2,5· 10-3- 1,5· 10-3= 1,0 · 10-3 mol de NaOH quedan sin gastar Volumen total = 50+50=100 mL = 0,1 L[NaOH]=n/V= 1,0 · 10-3/0,1= 10-2 M = [OH-]; pOH = -log[OH-] = -log 0,01 = 2; pH = 14 – pOHpH = 14 – 2 = 12

8. Responde las siguientes cuestiones:a. Explica cuál o cuáles de las siguientes especies químicas, al disolverse en agua, formarán disoluciones de

pH menor que siete: HCl,CH3COONa, NH4Cl, NH4NO3 y NaCl.HCl SÍ porque es un ácido fuerte y se disocia produciendo H3O+

CH3COONa NO porque procede de la reacción de un ácido débil (ácido acético) y una base fuerte (hidróxido sódico) por lo que al disociarse dará una base conjugada fuerte y un ácido conjugado débil. La única que reacciona con el agua es la base conjugada fuerte que da un medio básico, no ácido.

NH4Cl SI porque procede de la reacción de un ácido fuerte (ácido clorhídrico) y una base débil (amoníaco) por lo que al disociarse dará una base conjugada débil y un ácido conjugado fuerte. El único que reacciona con el agua es el ácido conjugado fuerte que da un medio ácido.NH4NO3 SI porque procede de la reacción de un ácido fuerte (ácido nítrico) y una base débil (amoníaco) por lo que al disociarse dará una base conjugada débil y un ácido conjugado fuerte. El único que reacciona con el agua es el ácido conjugado fuerte que da un medio ácido.NaCl. NO porque procede de la reacción de un ácido fuerte (ácido clorhídrico) y una base fuerte (hidróxido sódico) por lo que al disociarse dará una base conjugada débil y un ácido conjugado débil. Ninguna de esas especies será capaz de reaccionar con el agua por lo que no modificarán el pH de la misma dando un pH neutro.

b. ¿Qué sustancias son bases según la teoría de Brönsted-Lowry? Pon un ejemplo.Son bases de Brönsted-Lowry aquellas especies químicas que son capaces de aceptar protones. Un ejemplo sería el amoníaco tal y como demuestra la siguiente reacción: NH3 + H2O NH4

+ + OH- 9. Responde a las siguientes cuestiones:

a. ¿Cuál es la concentración en HNO3 de una disolución de pH igual a 1?pH = 1 [H3O+] = 10-pH = 10-1 = 0,1 M

b. Describe el procedimiento de preparación de 100 mL de disolución de HNO3 10-2 M a partir de la anterior.Primero hago los cálculos sobre el volumen de la primera disolución que debo coger: 1) número de moles de ácido nítrico necesario: n = M·V = 10-2· 0,1 = 10-3 moles de ácido nítrico necesito.2) Volumen de la primera disolción que debo coger: V = n/M = 10-3 / 0,1 = 10-2 L = 10 mL debo coger3) Procedimiento. Con una pipeta graduada mido los 10 mL de la primera disolución y los echo a un matraz aforado de 100 mL. Añado agua destilada hasta llegar al aforo, teniendo cuidado que el menisco de la disolución sea tangente a la marca de aforo.

10. Se dispone de una disolución acuosa que en el equilibrio tiene 0,2 M de HCOOH (ácido fórmico), cuya concentración en protones es de 10-2 M.

a. Calcula que concentración de ión formiato tiene esa disolución. (Ka ácido fórmico = 2·10-3)b. ¿Cuántos mL de HCl 0,1 M habría que tomar para preparar 100 mL de una disolución del mismo pH que la

disolución de ácido fórmico?a) Ya tengo las concentraciones en el equilibrio porque me las da el problema: [HCOOH] = 0,2 M; [H3O+] = 10-2 M, como la concentración de iones hidronio debe ser igual que la concentraciones de iones formiato en el equilibrio la [HCOO-] = [H3O+] = 10-2

M.b) Si queréis, aunque no hace falta, averiguamos el pH = -log (10-2) = 2. Para que la disolución que queremos tenga un pH de 2 tendría que tener una [H3O+] = 10-2 M y por tanto la [HCl]inicial también sería 10-2 M. Para saber que volumen debemos coger de la disolución de HCl 0,1 M tendremos que averiguar los moles necesario que son los mismos moles que debemos coger: M1·V1 = M2·V2 Siendo 1 la disolución 0,1 M y la 2 la disolución 10-2 M.

M1·V1 = M2·V2 0,1·V1 = 10-2·0,1

V1 = 10-2 L = 10 mL