problemas de 2º química equilibrio ácido-basechopo.pntic.mec.es/jmillan/pr_aba.pdfequilibrios...

IES REY FERNANDO VI

SAN FERNANDO DE HENARES

DEPARTAMENTO DE FÍSICA Y QUÍMICA

Problemas

de 2º Química

Equilibrio ácido-base

Profesor : Jesús Millán Crespo

Grupo : Química 2º de Bachillerato

Fecha : 21 de mayo de 2015

Equilibrios ácido-base 2-38 Problemas resueltos

Equilibrios ácido-base

1. 20 mL de una disolución acuosa de hidróxido amónico, de 31 % de riqueza en peso y

densidad = 0,89 g/mL, se diluyen en agua hasta obtener 5 litros de disolución. Calcule el pH

de la misma sabiendo que la constante de disociación del amoniaco a la temperatura de

trabajo es 1,8·10-5

.

Solución:

a) Determinamos primero la concentración inicial de la disolución de hidróxido amónico.

% 20 0,89 0,31

35 0,031 M5

v dmn PmPMM M MV V V

Y el equilibrio de disociación del ácido amónico es: 5

4 ( ) 4( ) ( )

0

0 0 0 0

1,8 10

:

: (1

aq aq aqNH OH NH OH Kc

inicio C

equilibrio C C C Kc C

Se calcula el grado de disociación y el pH.

5

0

4

0

4

1,8 100,024

0,031

0,031 0,024 7,4 10 M

log log(7,4 10 ) 3,13

14 14 3,13 10,87

c

C

OH C OH

pOH OH pOH

pH pOH pH

2. a) Cuál sería el pH de una disolución resultante al disolver 4 g de hidróxido sódico en 250

mL de agua.

b) Si se diluye la disolución anterior hasta 2 litros, ¿cuál sería entonces el nuevo valor del pH?

c) Calcule el volumen en mL de una disolución de ácido sulfúrico 0,05 N necesario para

neutralizar completamente 50 mL de la disolución inicial.

Solución:

a) La molaridad de la disolución de hidróxido sódico es:

4 / 400,4 M

0,25

nM M M

V

Una base fuerte está completamente disociada y la concentración de ión hidróxido es la

concentración inicial de base. Siendo el grado de disociación igual a uno.

0:

: o o

NaOH Na OH

inicial C

equilibrio C C

El pH se determina a partir del pOH.

14 14 log 14 log 0, 4 13,6pH pOH OH pH pH

b) Se diluye la disolución anterior hasta 2 litros y volvemos a calcular el pH.

4 / 400,05 M

2

nM M M

V

El pH se determina a partir del pOH.


14 14 log 14 log 0,05 12,7pH pOH OH pH pH

c) El volumen en mL de una disolución de ácido sulfúrico 0,05 N necesario para neutralizar

completamente 50 mL de la disolución inicial. Se debe cumplir que el número de equivalentes

de base debe ser igual al número de equivalentes de ácido (si se quiere pensar en moles, el

número de moles de base debe ser el doble del número de moles de ácido).

0,4 0,050 0,05 0,4 L 400 mLB B A A A AN V N V V V

3. 3 g de cloruro sódico se tratan con ácido sulfúrico en exceso. El cloruro de hidrógeno

formado se recogió sobre 50 mL de una disolución 1 N de hidróxido sódico cuya

concentración disminuyó a 0,05 N.

a) Formular la reacción de obtención del cloruro de hidrógeno

b) Calcular el porcentaje de impurezas de la sal, supuesto que la reacción es completa.

c) Calcular el pH de la disolución resultante

Solución:

a) La reacción de obtención del cloruro de hidrógeno es:

2 4 2 42 2NaCl H SO Na SO HCl

b) El número inicial de moles de base menos el de ácido que reaccionan tienen que ser igual a

los moles de base que quedan finalmente.

NaOH HCl NaOHnicial finaln n n

350 1 50 0,05 47,5 10HCl HCln n , moles de ácido que reaccionan.

Y a partir de ellos se calculan los gramos de cloruro sódico que reaccionan.

347,5 10 moles HCl2 moles NaCl

2 moles HCl

58,5 g

1 moles

NaCl

NaCl=2,778 g NaCl

El porcentaje de pureza se determina: 2,778 g

100 92,63 %3 g

NaCl

NaCl

c) Finalmente queda una disolución de una base fuerte completamente disociada de

concentración 0,05 M.

log log(0,05) 1,3pOH OH pOH

14 14 1,3 12,7pH pOH pH , que corresponde a una disolución básica.

4. La Ka del HCN es 2,1·10-9

. Si tenemos una disolución acuosa 0,01 M de KCN, calcular:

a) El pH de la misma.

b) El porcentaje de sal hidrolizada.

c) Los moles de HCN producidos por litro.

Solución:

a) El cianuro potásico, como todas las sales, se encuentra en disolución completamente

disociado.

: 0,01

: 0,01 0,01

KCN K CN

ini

eq

A su vez el ion cianuro, que es la base conjugada de un ácido débil, sufre hidrólisis y se

comporta como base.


2

: 0,01

: 0,01(1 0,01 0,01

CN H O HCN OH

ini

eq

La constante de hidrólisis es:

146

9

104,76 10

2,1 10

HCN OH H KwKh Kh Kh

KaCN H

La constante de hidrólisis es pequeña y se puede despreciar el grado de disociación frente a 1. 6

2 4,76 100,01 0,021 2,1%

0,01 0,01

hKh ó

log log(0,01 0,021) 3,6pOH OH pOH

14 14 3,6 10,33pH pOH pH

b) la sal se disocia completamente y se hidroliza un 2,1 %.

c) la concentración de ácido cianhídrico es: 40,01 0,01 0,021 2,1 10 MHCN HCN

5. Razone: Se preparan las siguientes disoluciones como se indica y se enrasan todas al

mismo volumen:

A “n” moles de ácido fluorhídrico en agua (pKa del ácido = 3).

B “n” moles de ácido acético en agua (pKa del ácido = 5).

C “n” moles de ácido bórico en agua (pKa del ácido = 7).

D “n” moles de ácido cianhídrico en agua (pKa del ácido = 9).

a) Ordenar las disoluciones de mayor a menor pH

b) Ordenar las disoluciones de mayor a menor concentración en moléculas de ácido.

c) Si se añaden a cada disolución “n” moles de NaOH; ordenar las disoluciones resultantes de

mayor a menor pH.

Solución:

a) Se trata de ácidos débiles en todos los casos porque presentan Ka. La Ka mide la fortaleza

como ácido y a mayor Ka mayor disociación y mayor concentración de protones y menor pH.

De este modo el orden de las disoluciones de mayor a menor pH es: D>C>B>A.

b) Por el contrario cuanto menor disociado esté el ácido, menor Ka, mayor cantidad de

moléculas no disociadas existirán en disolución y el orden de las disoluciones de mayor a

menor concentración de moléculas en disolución será: D>C>B>A.

c) Si se añade una cantidad equivalente de base a cada disolución se forma la sal que estará

completamente disociada. El anión de esta sal será una base relativamente fuerte por ser la

base conjugada de un ácido débil. La constante de hidrólisis es la constante de la base

conjugada y es el cociente entre el producto iónico del agua y la constante del ácido.

3 3 22

3 3

11 9

2 3 2 310 10

CH COOH NaOH CH COONa H OHF NaOH NaF H O

NaF Na F CH COONa Na CH COO

F H O HF OH Kh CH COO H O CH COOH OH Kh

3 3 2 2

3 3

57

23 2 31010

HBO NaOH NaBO H O HCN NaOH NaCN H O

NaBO Na BO NaCN Na CN

CN H O HCN OH KhBO H O HBO OH Kh

KwKh

Ka


Cuánto más fuerte es el ácido (mayor Ka), más débil será la base conjugada, menor

concentración de OH-, mayor pOH y menor pH. El orden de las disoluciones resultantes de

mayor a menor pH es: D>C>B>A.

Resumen: conjKa pKa H pH HA A Kb

6. Dada la tabla adjunta complete:

a) Los pares conjugados tanto de ácidos como de bases, copiando en el pliego de examen las

columnas A y B.

b) Las siguientes reacciones que tienen lugar en medio acuoso, justificando si están o no

desplazadas a la derecha (deberán escribirse completas en el pliego de examen).

4

2

3 3

3 2

HClO F

HSO CO

CH COO H O

Solución:

a) Los ácidos y bases conjugados son los siguientes.

b) El ácido fuerte desplaza al débil. Comparando los valores de las constantes de los ácidos

correspondientes se indica hacia donde se desplaza el equilibrio.

4 4 HClO F ClO HF

El ácido perclórico es un ácido mucho más fuerte y desplaza al ácido fluorhídrico. 2 2

3 3 3 3 HSO CO SO HCO

El ion hidrogenosulfito es un ácido débil, pero más fuerte que el bicarbonato y el equilibrio

está débilmente desplazado hacia la derecha.

3 2 3 CH COO H O CH COOH OH

El acetato es una base fuerte, porque deriva de un ácido débil, y tiene gran tendencia a aceptar

protones y producir hidrólisis.

7. Una disolución de ácido sulfúrico tiene una densidad de 1,2 g/mL y una riqueza del 20% en

peso.

A - Ácido B - Base

conjugada Ka A - Ácido

B - Base

conjugada Ka

4HClO - - - 3HCO 4,3·10-7

3H O - 5,5 3HSO 1,0·10-7

4HSO - 1,5·10-2

- 3NH 5,6·10-10

- F 3,5·10-4

- 2

3CO 5,6·10-11

3CH COOH - 1,8·10-5

2H O 1,8·10-16

A - Ácido B - Base

conjugada Ka A - Ácido

B - Base

conjugada Ka

4HClO 4ClO - 2 3H CO

3HCO 4,3·10-7

3H O 2H O 5,5 3HSO 2

3SO 1,0·10-7

4HSO 2

4SO 1,5·10-2

4NH 3NH 5,6·10-10

HF F 3,5·10-4

3HCO 2

3CO 5,6·10-11

3CH COOH 3CH COO 1,8·10-5

2H O OH 1,8·10-16


a) Calcule su concentración expresada en moles/litro y en gramos/litro.

b) Calcule el pH de una disolución preparada diluyendo mil veces la anterior.

Datos: Masas atómicas: S = 32; O = 16; H = 1.

Solución:

a) La concentración molar.

1000·1,2·0,2

98 2,451

mn PMM M M M MV V

La concentración en g/L

1000·1.2·0,2240 /

1

g m g gg L

L V L L

b) La concentración de una disolución como la anterior diluida mil veces es: 2,45·10

-3 M

Se trata de un ácido fuerte completamente disociado y que libera en disolución 2 moles de H+

por cada mol de ácido.

3log log(4,9·10 ) 2,31pH H pH

8. 50 mL de una disolución de ácido benzoico (C6H5COOH) cuya Ka vale 6,5·10-5

reaccionan

exactamente con 20 mL de NaOH 0,1 M.

a) Calcular el pH de la disolución inicial de ácido benzoico.

b) El pH la disolución obtenida tras la adición de NaOH.

Solución:

a) La concentración inicial de ácido benzoico es:

50 20 0,1 0,04a a b b a aV M V M M M M

Se trata de un ácido débil:

6 5 2 6 5 3

6 5 3

6 5

2 52

(1 )

6,5 100,04

(1 ) 0,04

El - log log(0,04 0,04) 2,79

a

a

aa

C H COOH H O C H COO H O K

C

C H COO H OC C C K

C H COOH

KCK C

C

pH H pH pH

b) Tras la adición de NaOH, el ácido reacciona con la base y se forma la sal más el agua. Pero

la sal se disocia completamente en disolución en sus iones:

6 5 6 5 2

6 5 2 6 5

C H COOH NaOH C H COONa H O

C H COONa H O C H COO Na

El ion acetato es la base conjugada de un ácido débil, luego será una base con cierta fuerza. El

acetato reacciona con el agua produciendo hidrólisis básica y la concentración de la sal será:

6 5 6 5

20 0,10,0286

50 20

ácido o base

total

nC H COONa C H COONa M

V


6 5 2 6 5

(1 )

h

s

s s s

C H COO H O C H COOH OH K

C

C C C

6 5

6 5

wh

a

C H COOH OH H KK

KC H COO H

2 102 5

5

1,538 107,3 10

(1 ) 0,0286

El - log log(0,0286 7,3 10 ) 5,68 y 8,32

s hh s

s

C KK C

C

pOH OH pOH pOH pH

9. Calcule:

a) El pH de una disolución 0,2 M de ácido fórmico (ácido metanoico) cuya Ka = 10-4

.

b) El pH y el grado de disociación del ácido fórmico cuando a 40 mL de dicha disolución se

le añaden 10 mL de ácido nítrico 0,05 M.

Solución:

a) El equilibrio de un ácido débil es: - 4

- 2 24 2

HCOO 10

C - -

HCOO 0,2(1- ) 10 2,21 10

(1 ) (1 )

La concentración de = =0,2 2,

HCOOH H Ka

H CC C C Ka Ka

HCOOH

H C H 2 3

3

21 10 =4,42 10 M

El pH=-log pH=-log4,42 10 2,35

H

H pH

b) El ácido nítrico es un ácido fuerte completamente disociado y aporta al medio más

protones que el ácido débil, de modo que los que aporta el ácido fórmico son despreciables.

+

10 0,05 0,5 mmoles de ácido nítrico o de protones en el medio

0,5pH=-log H pH=-log( ) =2

50

a a a a an V M n n

pH

Al realizar la mezcla aumenta el volumen y las concentraciones de ácido fórmico y nítrico

disminuyen.

40 0,2 10 0,05' ' 0,16 M 0,01 M

50 50H HC C C C

Ahora hay muchos más protones en el medio y el grado de disociación del ácido fórmico debe

disminuir por efecto del ión común. - 4

-

HCOO 10

C' -

HCOO '( ' ' )'(1- ') ' ' ' ' '

(1 ')

a

Ha H

HCOOH H Ka

C

H C CC C C C Ka C

HCOOH

4 3'(0,16 ' 0,01)10 ' 8,7 10

(1 ') bastante menor que 2,21·10

-2.

Que haciendo la aproximación última 4 210 0,01 ' ' 10 que es bastante

aproximado.


Y podemos volver a recalcular el pH. 3' ' 0,16 8,7 10 0,01 1,94H C Ca y pH más ácido.

10. Si 10,1 mL de vinagre han necesitado 50,5 mL de una base 0,2 N para su neutralización.

a) Cuál será la normalidad del ácido en el vinagre.

b) Suponiendo que su acidez se debe al ácido acético (ácido etanoico). ¿Cuál es el porcentaje

en peso del ácido acético si la densidad del vinagre es de 1,06 g/mL?

Solución:

a) Es una reacción de neutralización (el ácido acético del vinagre en monoprótico).

10,1 50,5 0,2 1a a b b a aV N V N N N N

b) El porcentaje en peso de ácido acético es: 310,1 10 1 60

% 100 % 100 % 100 % 5,66 %10,1 1,06

acético ácido

mustra

m neq Peq

m v d

11. Una disolución 0,03 M de hidróxido amónico está disociada un 1,82 %. ¿Qué cantidad de

agua habría que añadir a 100 mL de dicha disolución para que el pH de la disolución

resultante sea 10,5?

Solución:

Con los datos que da el problema se puede calcular la contante de equilibrio del hidróxido

amónico.

4 4

0

4

0 0 0

4

2 2 250

2

- -

(1 )

0,03 (1,82 10 )1,012 10

(1 ) (1 1,82 10 )

NH OH NH OH Ka

C

NH OHC C C Ka

NH OH

CKa Ka Ka

Ahora es preciso calcular cuanto debe valer C0 para que el pH=10,5. 4

0

2

0

24 4 2

2 5 3

0 0 0

0 0

14 14 log 10,5 14 log ' 3,16 10

' es despreciable frente a 1 porque Ka es pequeña

1

3,16 10 (3,16 10 )' ' 1,012 10 ' 9,87 10

' '

pH pOH pH OH OH C M

CKa

Ka C Ka C C MC C

La concentración de la disolución es C’0 y el número de moles era el que había en los 100 mL

0,03 M entonces:

3 100 0,039,87 10 303,95 y habrá que añadir a la disolución 203,95 V mL mL

V

12. Una disolución de HBO2 de concentración 10-2

M tiene un valor de pH de 5,6.

a) Razone si el ácido y su base conjugada serán fuertes o débiles.

b) Calcule la constante de disociación del ácido (Ka).

c) Calcule, si es posible, la constante de basicidad del ión borato (Kb).

d) Si 100 mL de esta disolución de HBO2 se mezclan con 100 mL de una disolución 10-2

M

de hidróxido sódico, ¿qué concentración de la base conjugada se obtendrá?


Solución:

a) Se plantea el equilibrio de disociación del ácido bórico.

2 2

22

2

2 4

- -

(1- ) ;1

5,6 5,6 - log(10 ) 2,5 10

HBO H BO Ka

C

H BO CC C C Ka Ka

HBO

El pH

El grado de disociación es muy pequeño y el ácido será muy débil, su base conjugada será

más fuerte.

b) Se calcula la constante del ácido.

2 2 4 22 10

2 2 4

2

10 (2,5 10 ); 6,31 10

1 1 2,5 10

H BO CHBO H BO Ka Ka Ka Ka

HBO

y se comprueba que el ácido es muy débil.

c) Se plantea la hidrólisis del ión borato.

142 5

2 2 2 10

2

10; 1,58 10

6,31 10

HBO OH H KwBO H O OH HBO Kb Kb Kb

KaBO H

Y la base resulta ser algo más fuerte.

d) El ácido reacciona con la base formando la sal que posteriormente producirá hidrólisis

básica.

2 2 2

2

2

-

100 10 1 mmol de ácido

100 10 1 mmol de base

Se tiene el mismo número de moles de ácido que de ba

a b

a a a a a

b b b b b

HBO NaOH NaBO H O

n n

n V M n n

n V M n n

-

2 2 2

se. Todo el ácido reacciona con la base

formandose la sal.

Ahora la sal se disocia completamente. Todas las sales en disolcuión se disocian completamente

en sus iones.

El ánión es la bas

NaBO H O BO Na

-

2 2 2

-3- - 3

2 2

e conjugada de un ácido débil y es una base fuerte.

1 10La concentración de borato, = 5 10 M

0,2

BO H O NaBO OH

BO BO

13. En un laboratorio se tienen dos matraces uno conteniendo 15 mL de HCl cuya

concentración es 0,05 M el y el otro 15 mL de ácido etanoico (acético) de concentración 0,05

M.

a) Calcule el pH de cada una de ellas.

b) ¿Qué cantidad de agua se deberá añadir a la más ácida para que el pH de las dos

disoluciones sea el mismo?

Dato: Ka (ácido etanoico) = 1,8·10-5

Solución:


-

-

a) El es un ácido fuerte completamente disociado

El - log log(0,05) 1,3

El ácido acético es un ácido débil muy poco disociado: HAc Ac

HCl HCl Cl H

pH H pH pH

H Ka

2

C - -

C(1- ) C C

1,8 10

Ka C

5 20,05 0,019

El - log log(0,05 0,019) 3,02pH H pH pH

b) Para que el pH de las dos disoluciones sea el mismo la de la disolcuión ácida deberá

ser 3,02.

El - log 3,02 log( ) 0,00095 M

Disponemos de 15 ml de una disolución 0,05 M de HCl cuyo número de

pH H C C

moles es:

15 0,05 0,75 mmoles de HCl

0,75y la conentración de la nueva disolución es 0,00095 = 789,5 mL y habrá

que añadir 774,5 mL

HCl HCln n

VV

14. Razone utilizando los equilibrios correspondientes, si los pH de las disoluciones que se

relacionan seguidamente son ácidos, básicos o neutros.

a) Acetato potásico 0,01 M

b) Nitrato sódico 0,01 M

c) Sulfato amónico 0,01 M

d) Hidróxido de bario 0,01 M

Solución:

3 2 3 2

a) El acetato sódico es una sal y en disolución estará completamente disociado en sus iones.

El acetato es la base cojugada de un ácido débil (el ácido acético) y será una bas

CH COOK H O CH COO K H O

3 2 3

+

2

e fuerte.

el equilibrio está algo desplazado a la derecha.

El ion potasio es el ácido conjugado de una base muy fuerte y será un ácido muy débil.

K este equili

CH COO H O CH COOH OH

H O KOH H brio está totalmente desplazado a la izquierda.

La disolución 0,01 M de acetato potásico tendrá carácter básico, se trata de una hidrólisis básica.

3 2 3 2

3

b) El nitrato sódico es una sal y en disolución estará completamente disociado en sus iones.

El nitrato es la base cojugada de un ácido muy fuerte y será una base muy débil.

NaNO H O NO Na H O

NO H2 3

2

este equilibrio está totalmente desplazado a la izquierda.

El sodio es el ácido conjugado de una base muy fuerte y será un ácido muy débil.

este equilibrio está totalmente

O HNO OH

Na H O NaOH H desplazado a la izquierda.

La disolución 0,01 M de nitrato sódico tendrá carácter neutro, se trata de una hidrólisis neutra.


2

4 2 4 2 4 4 2

c) El sulfato amónico es una sal y en disolución estará completamente disociado en sus iones.

( ) 2

El sulfato es la base cojugada de un ácido muy fuerte y será una base muy débi

NH SO H O SO NH H O

2

4 2 2 4

4 2 4

l.

2 2 este equilibrio está totalmente desplazado a la izquierda.

El amonio es el ácido conjugado de una base débil y será un ácido fuerte.

este equilibrio está

SO H O H SO OH

NH H O NH OH H débilmente desplazado a la derecha.

La disolución 0,01 M de nitrato sódico tendrá carácter ácido, se trata de una hidrólisis ácida.

-

2

2 2 2

d) El hidróxido de bario es una base y en disolución acuosa aporta iones OH a la disolución.

( ) 2

La disolución 0,01 M de hidróxido de bario tendrá carácter básico .

Ba OH H O Ba OH H O

15. a) El pH de una disolución de NaOH es 13. Calcule su concentración.

b) El pH de una disolución de igual concentración de amoniaco es 11,13. Calcule la constante

Kb del amoníaco y su grado de disociación.

Solución:

a) El hidróxido sódico esta totalmete disociado porque es una base fuerte.

log

- - 14 13 log

- 0,1 M 0,1 MNaOH

pOH OHNaOH Na OH

C OH

C C OH C

4 4

b) El equilibrio de disociación del hidróxido de amonio es:

log(1 )

- - 14 11,13 log 0,10,1 0,0135

(1- ) 0,0135

b

b

C CpOH OH KNH OH NH OHC

C

KC C C2

51,845 101 0,0135 bK

16. Un litro de una disolución acuosa de amoníaco contiene 8,5 g de esta sustancia.

a) Calcule el valor del pH de dicha disolución.

b) ¿Qué volumen de una disolución 0,2 M de ácido sulfúrico sería necesario añadir al litro de

la disolución de amoníaco para que reaccione completamente?

Datos: Kb del amoníaco: 1,85·10-5

; Masas atómicas: N=14,0; H=l,0.

Solución:

2

4 4

a) El equilibrio de disociación del amoniaco es:

(1 ) - -

(1- )

b b

b

C CK K CNH OH NH OH

CC

KC C C

C

La concentración de la disolcuión de amoniaco es:

8,5 /170,5 M

1

nC C C

V


14 14 log 14 log( ) 14 log( )

1 114 log( ) 14 ( log )

2 2

114 (4,73 log 0,5) 11,48

2

b

b b

pH pOH OH C CK

pH CK pH pK C

pH pH

4 2 4 4 2 4 2

4

b) La reacción de neutralización que tiene luagar es:

2 ( ) 2

0,5 moles

NH OH H SO NH SO H O

NH OH 2 4

4

1 moles

2 moles

H SO

NH OH 2 4

2 4

0,25 mol 0,2 1,25 L de disolcuión de ácido

También se puede utilizar el concepto de equivalente:

º º 0,5 1 0,4 1,25 L

H SO

base ácido bas bas ác ác ác ác

V M

H SO V V

n equiv n equiv N V N V V V

17. Una disolución de un ácido HA tiene un pH de 2,5 y su grado de disociación es 0,16.

Determine:

a) La concentración de la disolución del ácido.

b) La constante de disociación del ácido.

c) El pH de la disolución que se obtiene si se mezclan 100 mL de la disolución del ácido HA

con otros 100 mL de disolución 0,20 M de ácido nítrico.

Solución:

-

-

a) El equilibrio de disociación del ácido es:

A A

(1 )

C - C

C(1-α) Cα Cα

log log( ) 2,5 log( 0,

H CHA H Ka C

HA

pH H pH C C

- 2 24

16) 0,02 M

b) La constante del ácido es:

A 0,02 0,166,1 10

(1 ) (1 0,16)

C

H CKa Ka Ka

HA

c) Se añaden 0,100 0,2=0,02 moles de ácido fuerte, totalmente disociado y había

0,100 0,02=0,002 moles de ácido débil, muy poco disociado.

El pH es debido al ácido fuerte que aporta prácticamente todos

3 3

los protones del medio.

0,02moles- log log 0,1 1

0,2 LHNO HNOC pH C pH pH

18. Se tiene una disolución de un ácido cuya constante es 2,0·10-3

y su grado de disociación

0,15. Calcule:

a) La concentración de la disolución del ácido.

b) El pH de otra disolución del mismo ácido de concentración 1,0·10-3

M

Solución:

a) Dado el equilibrio de disociación de un ácido monoprótico (lo suponemos así).


3

2

2,0 10 y 0,15

- -

(1 ) C C y sustituyendo valores...1

HA A H Ka

C

CC Ka

23 0,15

2,0 10 0,075 M log C1 0,15

log(0,075 0,15) 1,94

CC pH

pH pH

b) Si ahora la concentración del ácido es 10-3

M se tiene: 3 2

3 3102,0 10 0,73 log C log(10 0,73) 3,13

1pH pH pH

Si disminuye la concentración el grado de disociación aumenta.

19. Se tiene una disolución de un ácido acético 5,5·10-2

M. Calcule:

a) El grado de disociación del ácido acético.

b) El pH de la disolución.

c) La molaridad que debería tener una disolución de ácido clorhídrico para que su pH fuera

igual al de la disolución anterior de ácido acético.

d) Los mililitros que se necesitan de una disolución de NaOH 0,1 M para neutralizar 200 mL

de la disolución de ácido clorhídrico.

Datos: Ka (ácido acético) = 1,86·10-5

.

Solución:

5 2

3 3

a) El equilibrio de disociación del ácido acético es.

CH COO 1,86 10 y C 5,5 10 M

- -

(1 )

CH COOH H Ka

C

C2

2

5 2 2

2

C C 1

Sustituyendo valores en la

1,86 10 5,5 10 0,018

b) Para calcular el

log log C log(5,5 10 0,018) 3

c) El ácido clorhídrico es

CKa C

Ka

pH

pH H pH pH pH

tá completamente disociado y el log

Sustituyendo valores: 3 log 0,001 M

d) Para neutralizar el ácido fuerte con la base fuerte se tiene que cumplir:

20

HCl

HCl HCl

ác ác bas bas

HCl Cl H pH C

C C

V M V M 0 0,001 0,1 2 mLbas basV V

20. El ácido benzoico (C6H5-COOH) es un buen conservante de alimentos ya que inhibe el

desarrollo microbiano, siempre y cuando el medio creado posea un pH inferior a 5. Deduzca,

mediante cálculos numéricos apropiados, si una disolución acuosa de ácido benzoico de

concentración 6,1 g/L, es adecuada como liquido conservante.

Datos: Ka (C6H5-COOH) = 6,5·10-5

, Masas atómicas: C = 12,0; H = 1,0; O = 16,0.

Solución:

La concentración molar del ácido benzoico es: 6,1/122

0,05 M1

nC C

V


El equilibrio de disociación del ácido benzoico es: -5

6 5 6 5 6,5 10

- -

(1- )

C H COOH C H COO H Ka

C

C C C

22 -5 2y sustituyendo 6,5 10 0,05 0,036

1

CKa C

El es: - log - log( ) - log(0,05 0,036) 2,74pH pH H pH C pH pH

Como el pH es menor que 5 servirá como conservante.

21. Se dispone de los reactivos HCl, NaAc y NaOH. Calcule:

a) El pH de la disolución que se obtiene al mezclar 10 mL de HCl 1 M con 100 mL de NaOH

0,1 M.

b) El pH de la disolución que se obtiene al mezclar 10 mL de HCl 1 M con 100 mL de NaAc

0,1 M.

c) El grado de disociación del ácido resultante de la reacción que se produce en el apartado b).

Dato: Ka HAc =1,8·10-5

Solución:

2

a) 10 ml de 1 M con 100 ml de 0,1 M.

La reacción de neutralización que se produce es:

moles de HCl: 0,01 moles

moles de NaOH: 0,01 m

HCl ác ác HCl

MaOH bas bas HCl

ClH NaOH

NaOH HCl NaCl H O

n V M n

n V M n oles

Reaccionan el mismo número de moles de ácido fuerte y base fuerte y se obtiene una sal

neutra de 7pH

b) y c) Tienen lugar los siguientes equilibrios:

2

2

1410

2 5

10 19,1 10

110

100 0,19,1 10

110

10 5,56 10

1,8 10

(1 )

a

a s

sa a s s

wh h

a

s

s s s a

HCl H Cl NaAc Na Ac C M

C C

C MC C C C

KAc H O HAc OH K K

K

C

C C C C

Los OH-, procedentes de la hidrólisis, reaccionarán con los H

+ del ácido desplazando

completamente el equilibrio hacia la derecha (α=1) y haciendo que la concentración de ácido

sea:

20,019,09 10 M

0,110HAcC

Lo que se tiene entonces es la disociación de un ácido débil. 2

2 3

22 5 2 2

donde la 9,09 10 M

C - -

(1- ) 1,8 10 9,09 10 0,0141

a HAc

a

HAc H O Ac H O K C

CC C C K C


2El - log - log(9,09 10 0,014) 2,89pH H pH pH

22. Algunos iones metálicos reaccionan con el agua formando hidróxidos según la reacción:

M2+

+ 2 H2O M(OH)2 + 2 H+

Razone si son o no correctas las siguientes proposiciones:

a) Al añadir al agua el catión, el pH resultante es ácido (suponiendo que el hidróxido es

estable).

b) La adición de un ácido fuerte destruirá el hidróxido formado.

c) Si se añade al sistema NaOH, el equilibrio se desplaza hacia la izquierda.

d) Si se ponen en 1 litro de agua 0,01 moles de Ba(OH)2 (que es una base fuerte) el pH será

10.

Solución:

a) Es cierto. Toda sustancia que en disolución acuosa libera protones es un ácido.

b) Es cierto. Según el principio de Le Chatelier al aumentar la concentración de H+ el

equilibrio se desplaza en el sentido de hacer disminuir esta concentración, y el hidróxido se

disolverá.

c) Es falso. Según el principio de Le Chatelier al añadir una base disminuye la concentración

de H+ y el equilibrio se desplaza en el sentido de formar mas H

+ y el equilibrio se desplaza

hacia la derecha.

d) Es falso. Será 12,3. Si es una base fuerte se disociará completamente y la concentración de

OH- será 0,02 M, el pOH=1,7 y el pH=12,3.

23. Una muestra de 0,726 g de (NH4)2SO4 se trata con hidróxido sódico en exceso,

desprendiéndose 0,24 litros de NH3 (g) medidos a 15 °C y 748 mm de Hg.

a) Calcule la pureza de la muestra expresada en % en peso.

b) Determine el pH de una disolución preparada con un peso igual al indicado inicialmente de

muestra impura, que se disuelve en agua, enrasando hasta un volumen total de 100 mL.

Suponga que ni el ion sulfato ni las impurezas influyen en el pH y que la reacción

correspondiente es: NH4+ NH3 + H

+

Datos: R = 0,082 atm·l·mol-1

·K-1

; Ka (NH4+) = 1,0·10

-9; Masas atómicas: N = 14,0; S = 32,1;

O = 16,0; H = 1,0.

Solución:

4 2 4 2 4 3 2

a) Pra determinar la pureza de la muestra se escribe la reacción y se realizan los cálculos

estequiométricos.

( ) 2 2

0,726 0,24

NH SO NaOH Na SO NH H O

g L a

3 3 3

3

15 º 748

7480,24 0,082 288 0,01 moles

760

0,01

NH NH

C y mm Hg

PV nRT n n NH

mol NH4 2 41 ( )mol NH SO

32 mol NH

4 2 4

4 2 4

132 ( )

1 ( )

g NH SO

mol NH SO4 2 40,66 ( )g NH SO

0,66La pureza de la muestra es: 100 90,9 %

0,726P P

sal

0,66

132b) La concentración molar de la sal es: C 0,05 0,1

sal sal

nC C M

V

Todas las sales en disolución se encuentran totalmente disociadas.


4

2

4 2 4 4 4( ) 2

- 2 y la concentración de ión amonio en disolución es 0,1

sal

sal sal NH

NH SO SO NH

C

C C C M

El ion amonio es el ácido conjugado de una base débil que se hidroliza según el equilibrio:

4

4

4 4 4 4

4

-9

4 2 4

2-9

2

4

=1,0 10 ( )

- -

1,0 10(1 ) =

(1 ) 0,1

10 y la

wa a h

b

NH

NH aaNH NH NH NH

NH

KNH H O NH OH H K esta K es la K

K

C

C KC C C K C

C

4

4 0,1 10 y el - log 5NH

H C H pH H pH

24. Razone si son ciertas o no las siguientes proposiciones:

a) El hidróxido de sodio se disocia totalmente en una disolución acuosa 0,01 M

b) El amoniaco en disolución acuosa 0,01 M (hidróxido de amonio) no se disocia totalmente.

c) En una disolución que contiene 0,01 mol·L-1

de hidróxido de sodio y 0,01 mol·L-1

de

hidróxido de amonio, el grado de disociación de los dos hidróxidos es menor que cuando

estaban en disoluciones separadas.

d) La adición de 0,01 moles de ácido fuerte a un litro de la disolución del apartado c), da lugar

a una disolución con un pH igual al de la del apartado b).

Solución:

a) CIERTO. El NaOH es una base fuerte que en disolución se encuentra totalmente disociada.

NaOH Na OH

b) CIERTO. El NH3 en disolución acuosa es una base débil que se encuentra muy poco

disociada.

3 2 4NH H O NH OH

c) FALSO, (aunque es casi cierto). El NaOH es una base fuerte y se encuentra totalmente

disociado en ambos casos. El NH4OH es una base débil y al aumentar la concentración de ion

OH- procedente de la disociación de NaOH el equilibrio se desplaza en el sentido contrario

disociándose aun menos.

- -

-

NaOH

NaOH NaOH

NaOH Na OH

C

C C

3

3 3 3

3 2 4

- -

(1 )

NH

NH NH NH NaOH

NH H O NH OH

C

C C C C

d) CIERTO. Si el ácido es monoprótico, los 0,01 moles de ácido fuerte reaccionan con los

0,01 moles de base fuerte y el pH solo depende de la concentración de hidróxido amónico.

25. La combustión de un carbón que contiene azufre puede dar lugar a que, en determinadas

condiciones, se produzcan cuatro óxidos gaseosos.

a) Escriba las reacciones en que se producen los cuatro óxidos y especifique los números de

oxidación del C y S en todos los casos.

b) Razone cómo influye en la acidez del agua de lluvia la presencia de los dos compuestos

más oxidados indicados en el apartado anterior, sabiendo que las constantes de la disociación

total son para H2CO3 = 10-17

y para H2SO4 = 10-2

.

c) Comente si los dos óxidos del carbono son o no indeseables en el ambiente.


Solución:

a) las reacciones de combustión de C y S son las siguientes: 2 4

( ) 2( ) ( ) ( ) 2( ) 2( )

4 6

( ) 2( ) 2( ) ( ) 2( ) 3( )

1

2

3

2

s g g s g g

s g g s g g

C O C O C O C O

S O S O S O S O

b) Los productos de la hidrólisis de los respectivos óxidos, CO2 y SO3, son el ácido carbónico,

que se encuentra muy poco disociado y el ácido sulfúrico que se encontrará totalmente

disociado 2 17

2 2 2 3 2 3 3

2 2

3 2 2 4 2 4 4

2 10 muy baja

2 10 muy alta

CO H O H CO H CO CO H Ka

SO H O H SO H SO SO H Ka

c) Ambos son indeseables para el medio ambiente. El CO es tóxico y el CO2 produce efecto

invernadero.

26. A 1 litro de disolución acuosa de HCl se añaden 0,74 g de hidróxido de calcio (sólido)

siendo el pH final de la disolución 7 (se supone que no hay variación de volumen). Calcule:

a) La molaridad de la disolución de HCl.

b) El pH de la disolución de HCl.

c) El pH de la disolución que se obtendría si a la disolución anterior se añadiesen los mismos

moles por litro de hidróxido de calcio que los que contiene de HCl. (Considérese el hidróxido

de calcio totalmente disociado)

Datos: Masas atómicas: Ca = 40,0; O = 16,0; H = 1,0.

Solución:

a) Si el pH es 7 significa que el número de los moles de HCl presentes en la disolución

reaccionan completamente con los 0,74 g de Ca(OH)2.

2 2 2La racción que seproduce es: 2 ( ) 2

? 0,74 g

0,74 g ( )

HCl Ca OH CaCl H O

Ca OH2

2

1 mol ( )Ca OH

274 g ( )Ca OH 2

2 mol

1 mol ( )

HCl

Ca OH0,02 mol

0,020,02 M

1

HCl

nM M M

V

b) El HCl es un ácido fuerte y estará completamente disociado.

log log(0,02) 1,7pH H pH pH

2

2 2 2

2

2

c) En este caso se añaden 0,02 moles de ( )

2 ( ) 2

0,02 0,02

- 0,01 0,01

y el ( ) es una base fuerte que estará completamente disociado:

( )

Ca OH

HCl Ca OH CaCl H O

Ca OH

Ca OH Ca2 2

14 14 log 14 log 0,02 12,3

OH

pH pOH OH pH pH


27. A partir de los datos de la tabla conteste

razonadamente a las siguientes cuestiones:

a) formule cada uno de los ácidos indicados

b) ¿cuál es el ácido más disociado?

c) ¿qué ácidos darían pH mayor que 7 en el punto

de equivalencia de su valoración con NaOH?

Solución:

2

3

3 2 2

a) ácido 2-cloroetanoico

ácido 2-hidroxipropanoico

ácido 3-hidroxibutanoico

ácido propanoico

CH Cl COOH

CH CHOH COOH

CH CH OH CH COOH

3 2 CH CH COOH

b) El que tiene la constante de disociación mayor: el ácido 2-cloroetanoico.

c) Todos los ácidos cuando reaccionan con NaOH en cantidades estequiométricas forman la

sal que se encontrará totalmente disociada en disolución (como todas las sales). El anión

formado será la base conjugada de un ácido débil, Cuanto más débil sea el ácido más fuerte

será la base conjugada y mayor el pH de la disolución resultante. Por tanto todas las sales

darán pH mayor que 7 y la sal del el ácido más débil tendrá el pH más alto (el ácido

propanoico).

Las reacciones químicas que se producen son:

2 2 2

2 2 2

3 3 2

3 2 3

a)

b)

CH Cl COOH NaOH CH Cl COONa H O

CH Cl COO H O CH Cl COOH OH

CH CHOH COOH NaOH CH CHOH COONa H O

CH CHOH COO H O CH CHOH COOH OH

3 2 2 3 2 2 2

3 2 2 2 3 2 2

3 2 3 2 2

3 2 2 3 2

c)

d)

CH CH OH CH COOH NaOH CH CH OH CH COONa H O

CH CH OH CH COONa H O CH CH OH CH COOH OH

CH CH COOH NaOH CH CH COONa H O

CH CH COO H O CH CH COOH OH

28. Se dispone de una disolución acuosa 0,001 M de ácido 2-cloroetanoico cuya constante Ka

es 1,3·10-3

. Calcule:

a) el grado de disociación del ácido

b) el pH de la disolución

c) los gramos de ácido que se necesitarán para preparar dos litros de esta disolución.

Datos. Masas atómicas C = 12,0; O = 16,0; Cl = 35,5; H = l,0

Solución:

Se trata de calcular inicialmente el grado de disociación y el pH de una disolución de un ácido

débil.

3

3 3

a) El equilibrio de disóciación del ácido es:

1,3 10

- -

(1- )

CH CHCl COOH CH CHCl COO H Ka

C

C3

3

CH CHCl COO H

C C KaCH CHCl COOH

Ácidos Ka

ácido 2-cloroetanoico

ácido 2-hidroxipropanoico

ácido 3-hidroxibutanoico

ácido propanoico

1,30·10-3

1,38·10-4

1,99·10-5

1,38·10-5


2 23 0,001

1,3 10 0,662 ó 66,2%(1 ) (1 )

b) - log -log( ) - log(0,001 0,662) 3,2

CKa

pH H pH C pH pH

c) A partir de la definición de molaridad.

94,50,001 0,189 g de 2-cloroetanoico

2

m

nM m

V

29. Se tienen dos disoluciones acuosas, una de ácido salicílico HA (Ka = 1·10-3

) y otra de

ácido benzoico HC (Ka=2·10-5

). Si la concentración de los dos ácidos es la misma, conteste

razonadamente a las siguientes preguntas:

a) ¿cuál de los dos ácidos es más débil?

b) ¿cuál de los dos ácidos tiene un grado de disociación mayor?

c) ¿cuál de las dos disoluciones da un valor menor de pH?

d) ¿cuál de las dos bases conjugadas es más débil?

Solución:

La fortaleza de un ácido está directamente relacionada con la concentración de protones en el

medio, y depende del grado de disociación del ácido. Este a su vez depende de la constante

que rige el equilibrio de disociación del ácido, la Ka.

a) El que tenga la constante, Ka, más pequeña en este caso el ácido benzoico.

b) El que tenga la constante, Ka, más grande en este caso el ácido salicílico.

c) Mayor pH el ácido más débil, el ácido benzoico.

d) Será más débil la base conjugada del ácido más fuerte, la del ácido salicílico, el salicilato.

30. Una disolución acuosa 0,01 M de un ácido débil HA tiene un grado de disociación de

0,25. Calcule:

a) Ka del ácido

b) pH de la disolución

c) Kb de la base conjugada A-.

Dato.- Producto iónico del agua Kw= 10-14

Solución:

a) Dado el equilibrio de disociación del ácido:

2 3

23

- -

(1 ) y sustituyendo valores1

a

a a

HA H O A H O K

C

A H O CC C C K K

HA

240,01 0,25

8,33 101 0,25

a aK K

b) A partir de la definición de pH.

3log log(0,01 0,25) 2,6pH H O pH pH

c) La relación entre las constantes del ácido y su base conjugada son:

3 4 14 118,33 10 10 1,2 10wa a b w b b

b

A H O OH KK K K K K K

HA KOH


31. Se dispone de ácido perclórico (ácido fuerte), del 65% de riqueza en peso y de densidad

1,6 g·mL-1

. Determine:

a) el vo1umen al que hay que diluir 1,5 mL de dicho ácido para que el pH resultante sea igual

a 1,0

b) el volumen de hidróxido de potasio (base fuerte) 0,2 M que deberá añadirse para

neutralizar 50 mL de la disolución anterior, de pH = 1,0.

Datos: Masas atómicas: H = 1,0; Cl = 35,5; O = 16,0.

Solución:

Se calcula inicialmente la concentración de la disolución inicial de ácido perclórico, para 1 L

de disolución de 65% de pureza y densidad 1,6 g/mL.

4

4 4 4

4

+

1600 0,65

100,5

1

10,35 M

a) Si el pH=1 significa que la H en disolución es 0,1 M

-log 1 -log 0,1 M

Como el ácido perclorico es un

HClO

inicial inicial inicial

inicial

m

MnHClO HClO HClO

V V

HClO

pH H H H

ácido fuerte y está completamente disociado esto significa

que la concentración de ácido tiene que ser 0,1 M. Si se toman 1,5 mL, el número de moles

de ácido que hay en 1,5 mL debe ser el mimo que en la disolución 0,1 M.

1,5 mL 10,35 M=V 0,1 M V=155,25 mL

b) el número de moles de ácido debe ser igual a los de la base:

50 0,1 0,2 25 mL de KOHác ác bas bas bas basV M V M V V

32. Se preparan 500 mL de una disolución que contiene 0,2 moles de un ácido orgánico

monoprótico cuyo pH es 5,7. Calcule:

a) La constante de disociación del ácido.

b) El grado de disociación del ácido en la disolución.

c) La constante Kb de la base conjugada.

Solución:

a y b) A partir del pH se calcula el grado de disociación del ácido y la constante de equilibrio.

23

2 3

6

3

26

11

6

1

- -

(1 )

log log 5,7 log(0,4 ) 5 10

0,4 5 1010

1 5 10

A H O CHA H O A H O Ka Ka

HA

C

C C C

pH H O pH C

Ka Ka

c) La base conjugada del ácido es A- y su constante de disociación será:

143 3

2 11

3

1010

10

HA OH H O KwA H O AH OH Kb Kb Kb

KaA H O


33. Se disponen de 250 mL de una disolución que contiene 5 g de ácido bromoacético (bromo

etanoico) cuya Ka = 1,25·10-3

. Escriba los equilibrios correspondientes y calcule:

a) El grado de disociación.

b) Los gramos de hidróxido de potasio necesarios para reaccionar completamente con el

ácido.

Nota: Considere que con la adición de los gramos de KOH no se produce aumento de

volumen.

Datos: Masas atómicas: C =12,0; O = 16,0; H = 1,0; Br = 79,9; K = 39,1.

Solución:

El equilibrio de disociación del ácido bromoacético es:

2 2 2 3BrCH COOH H O BrCH COO H O

a) El grado de disociación:

3

2 2 2 3 0

0

2 230

0 0 0

5 /138,9 1,25 10 0,144 M

0,250

0,144(1 ) 1, 25 10

(1 ) (1 )

0,09

BrCH COOH H O BrCH COO H O Ka C

C

CC C C Ka

b) Los gramos de potasa que reaccionan con los 5 g de bromoacético son:

2

2

2 2 2

2

556,1 2,02 g

5 /138,9 mol mol 138,9

KOH BrCH COOH

KOH KOH

BrCH COOH

BrCH COOH KOH BrCH COOK H O

n nm m KOH

n BrCH COOH KOH

34. Conocidos los ácidos HA (Ka=3,6·10-6

), HB (Ka=2,5·10-3

) y HC (Ka=1,2·10-12

),

justifique:

a) cuál es el ácido más débil

b) cuál es el que posee la base conjugada más débil

c) si podría establecerse un equilibrio entre HA y B-

d) el carácter fuerte ó débil de A-

Solución:

a) El que tiene la constante más pequeña: el HC.

b) El ácido más fuerte tendrá la base conjugada más débil: el HB.

c) El ácido fuerte desplaza al más débil: HA B A HB . El equilibrio estaría

fuertemente desplazado hacia la izquierda porque el ácido HB es más fuerte que el HA.

d) A- es la base conjugada de un ácido débil luego es de esperar que se comporte como una

base también débil, pero se puede calcular el valor de la constante de la base conjugada. 14

9

6

102,7 10

3,6 10AHA

KwK Kb Kb

K

35. A partir de los valores de Ka suministrados, deduzca si el pH de disoluciones acuosas de

las siguientes sales es neutro, ácido o básico:

a) NaF

b) NH4CN

c) NH4F


d) NH4Cl

Datos: Ka(HCN)= 6,2·10-10

; Ka(HF)= 6,7·10-4

; Ka(NH4+)= 5,5·10

-10.

Solución:

Todas las sales en disolución se encuentran totalmente disociadas y los iones respectivos

podrán producir reacciones de hidrólisis:

a) -11

2 =1,5 10 produce hidrólisis básica 7F

NaF Na F

F H O HF OH K pH

b)

4

4 4

-5

2

-10

4 2 4

=1,61 10 produce hidrólisis básica

N 5,5 10 produce hidrólisis ácida

CN

NH

NH CN NH CN

CN H O HCN OH K

NH H O H OH H K

1 1( ) (14 9,20 4,74) 9,22

2 2w a bpH pK pK pK pH

Se trata de una hidrólisis neutra, no obstante la constante del ion amonio es mucho menor que

la del ion cianuro y tendrá un débil carácter básico 7pH .

c)

4

4 4

-11

2

-10

4 2 4

=1,5 10 produce hidrólisi básica

N 5,5 10 produce hidrólisis ácida

F

NH

NH F NH F

F H O HF OH K

NH H O H OH H K

1 1( ) (14 9,20 4,74) 6,22

2 2w a bpH pK pK pK pH

Al ser algo mayor la constante del ión amonio la disolución tendrá carácter ácido 7pH .

d)

4

4 4

-10

4 2 4 N 5,5 10 produce hidrólisis ácida 7NH

NH Cl NH Cl

NH H O H OH H K pH

36. Un ácido (AH) está disociado al 0,5 % en disolución 0,3 M. Calcule:



c) La concentración de iones [OH-]

Solución:

a) Dado el equilibrio de disociación del ácido:

2 3

23

26

- -


0,3 0,0057,54 10

1 0,005

HA H O A H O Ka

C

A H O CC C C Ka Ka

HA

Ka Ka

b) A partir de la definición de pH

3log log(0,3 0,005) 2,82pH H O pH pH

c) La concentración de iones OH- se determina a partir del producto iónico del agua.


14 14 3 14 12

310 10 1,5 10 10 6,67 10 MKw H O OH OH OH

37. Considerando los valores de Ka de los ácidos HCN, C6H5COOH, HClO2 y HF, conteste

razonadamente a las siguientes preguntas:

a) ¿Cuál es el orden de mayor a menor acidez en agua?

b) A igual concentración, ¿cuál de ellos presenta una disolución acuosa con menor pH?

c) Utilizando el equilibrio de ionización en disolución acuosa ¿cuáles son sus bases

conjugadas?

d) Ordene las bases conjugadas de mayor a menor basicidad.

Datos.- Ka (aproximado): HCN = 10-10

, C6H5COOH = 10-5

, HClO2 = 10-2

, HF = 10-4

Solución:

a) Según el valor de sus respectivas constantes de acidez: HClO2> HF> C6H5COOH> HCN.

b) A mayor acidez menor pH HClO2.

c) Las bases conjugadas se indican subrayandolas.

2 2 3 2

2 3

6 5 2 3 6 5

2 3

HClO H O H O ClO

HF H O H O F

C H COOH H O H O C H COO

HCN H O H O CN

d) Se calculan las constantes de las bases conjugadas y se comprueba que cuanto mayor es la

fuerza del ácido menor es la fuerza de su base conjugada: CN->C6H5COO

->F

->ClO2

-.

2 2

2

6 5 6 5

6 5

12 10

9 4

10 10

10 10

ClO ClO F FHClO HF

C H COO C H COO CN CNC H COOH HCN

Kw KwK K K K

K K

Kw KwK K K K

K K

38. Una disolución acuosa de ácido acético 0,01 M está ionizada en un 4,2 %. Calcule:

a) Su constante de ionización.

b) ¿Qué concentración de ácido clorhídrico hay que preparar para tener un pH igual al de la

disolución problema?

Solución:

a) El equilibrio de ionización es:

2 3

23

25

- -


0,01 0,0421,84 10

1 0,042

HA H O A H O Ka

C

A H O CC C C Ka Ka

HA

Ka Ka

b) El pH de esta disolución es:

3log log(0,01 0,042) 3,38pH H O pH pH

y si fuera ácido clorhídrico estaría completamente ionizado.


3

4

log 3,38 log( ) - -

4,2 10 M-

HCl H ClpH H O C

CCC C

39. Justifique con cuál de las dos especies químicas de cada apartado, reaccionará el

HF(acuoso) en mayor medida. Escriba las reacciones correspondientes:

a) NO3- o NH3

b) Cl- o NaOH

c) Mg(OH)2 o H2O

d) CH3-COOH o CH3-COO-.

Datos: Ka(HF) = 6·10-4

, Kb(NH3) = 1,8·10-5

, Ka(HAc)= 1,85·10-5

Solución:

El HF es un ácido débil y reaccionará con bases tanto débiles como fuerte.

a) El nitrato, NO3-, es la base conjugada de un ácido muy fuerte, el HNO3, y será una base

muy débil. El HF reaccionará con el amoniaco:

( ) 3( ) 4aq aqHF NH NH F

El fluoruro amónico se hidroliza produciéndose una hidrólisis ligeramente ácida.

b) El cloruro, Cl-, es la base conjugada de un ácido muy fuerte, el HCl, y será una base muy

débil. El HF reaccionará con el hidróxido sódico, NaOH.

( ) ( ) ( ) 2aq aq aqHF NaOH NaF H O

El fluoruro sódico se hidroliza produciéndose hidrólisis básica.

c) El HF reacciona con el hidróxido de magnesio.

( ) 2( ) 2( ) 22 ( ) 2aq aq sHF Mg OH MgF H O

Y con el agua también reacciona produciéndose hidrólisis ácida:

( ) 2 ( ) 3 8( )aq aq aqHF H O F H O

d) El ión acetato es la base conjugada, relativamente fuerte, de un ácido débil, el ácido

acético, entonces el HF reaccionará con el acetato. También se puede decir que el ácido más

fuerte desplaza al más débil.

( ) 3 ( ) 3 ( ) ( )aq aq aq aqHF CH COO CH COOH F

40. El amoniaco acuoso de concentración 0,20 M tiene un valor de Kb= 1,8·10-5

.

a) Calcular la concentración de iones hidroxilo de la disolución.

b) Calcular el pH de la disolución.

c) Calcular el grado de ionización para el amoniaco acuoso.

d) Compare la basicidad del amoniaco con la de las bases que se indican, formulando y

ordenando los compuestos en sentido creciente de basicidad: metilamina (pKb=3,30);

dimetilamina (pKb=3,13).

Solución:

c) Según el equilibrio de disociación del amoniaco en agua el grado de disociación es:


5

4 4

24

4

25 3

1,8 10

- -


0,21,8 10 9,5 10

1

NH OH NH OH Kb

C

NH OH CC C C Ka Ka

NH OH

a) La concentración de iones hidroxilo en la disoluciones:

3 30,2 9,5 10 1,9 10OH C OH OH M

b) El pH de la disolución es: 314 14 log 14 log(1,9 10 ) 11,28pH pOH pH OH pH pH

d) Una base es tanto más fuerte cuanto mayor es su constante de equilibrio Kb, o cuanto

menor es su pKb. Entonces el orden creciente de basicidades:

4 3 2 3 3( 4,75) ( 3,30) ( 3,13)

hidroxido de amonio metil amina dimetilaminia

NH OH pKb CH NH pKb CH NHCH pKb

41. 10 mL de una disolución acuosa de hidróxido de sodio se mezclan con 20 mL de otra

disolución de ácido clorhídrico 1 M. La mezcla obtenida tiene carácter ácido y precisa para su

neutralización 15 mL de hidróxido de sodio 0,5 M. Calcule:

a) La concentración de la disolución inicial de hidróxido de sodio en g·L-1

.

b) El pH de la disolución ácida obtenida al mezclar las disoluciones iniciales de hidróxido de

sodio y ácido clorhídrico. Datos: Masa molecular del NaOH = 40.

Solución:

a) Se pide calcular la concentración de una disolución básica(NaOH) sabiendo que 10 mL de

ésta con 15 mL de otra disolución de hidróxido sódico de concentración 0,5 M necesitaron 20

mL de una disolución ácida de HCl 1 M para su completa neutralización.

En un proceso de neutralización ácido-base, se debe cumplir que el número de equivalentes de

ácido deberán ser iguales al número de equivalentes de base y teniendo en cuenta que los Eq-

gr de base proceden de dos disoluciones se tiene:

nº Eq-gr (base) = nº Eq-gr (ácido)

Vb(I) · Nb(I) + Vb(II) · Nb(II) = Va · Na

Sabiendo que: N = M · v, y que tanto para el HCl como para el NaOH la valencia vale 1, la

condición de neutralización queda en función de las molaridades del siguiente modo:

Vb(I) · Mb(I) + Vb(II) · Mb(II) = Va · Ma , sustituyendo valores y trabajando en mL o

milimoles:

10· Mb(I) + 15 · 0,5 = 20 · 1 Mb(I) = 1,25 M

Para pasarlo a g·L-1

, basta con multiplicar por el peso molecular del hidróxido sódico.

11 401,25 50

1 1

mol gg L

L mol

b) Se pide calcular el pH de la mezcla de un ácido fuerte(HCl) y una base fuerte(NaOH), que

reaccionan completamente hasta que se agote uno de ellos. 3

3 2

º ( ) º ( ) 20 10

º ( ) º ( ) 10 10 1,25 º ( ) 1,25 10

a a

b b

n moles H V M n moles H moles

n moles OH V M n moles OH n moles OH moles

La reacción que se produce es la siguiente:


2

3 3

3

+ 3 3 3

: 20 10 12,5 10 exceso

: 7,5 10 0 exceso

los moles de H finales son 20 10 12,5 10 7,5 10 y el - log

H OH H O

moles iniciales

moles finales

pH H

3

3 3

7,5 100,25

10 10 20 10

log log 0,25 0,6

H H

pH H pH pH

42. Se dispone de una disolución acuosa que en el equilibrio tiene 0,2 M de ácido fórmico

(ácido metanoico), cuya concentración en protones es 10-3

M.

a) Calcule qué concentración de ion formiato tiene dicha disolución.

b) Calcule la constante de basicidad del ion formiato o metanoato. ¿Es una base débil o

fuerte?

c) ¿Cuántos mililitros de ácido clorhídrico 0,1 M habría que tomar para preparar 100 mL de

una disolución del mismo pH que la disolución 0,2 M de ácido fórmico.

Dato: Ka ácido fórmico = 2·10-3

Solución:

a) El equilibrio de disociación del ácido fórmico. 3

2 2

3

2 10

equilibrio: 0,2 10

HCOOH H O HCOO H O Ka

M x

3

3 310

2 10 0,40,2

HCOO H O HCOOKa HCOO M

HCOOH

b) El formiato es la base conjugada de un ácido no muy débil.

12

2 5 10HCOOH OH H Kw

HCOO H O HCOOH OH Kb KbKaHCOO H

Como la constante es muy baja será una base muy débil.

c) El pH de la disolución anterior es: 3log log(10 ) 3pH H pH

La concentración de la disolución final deberá ser 10-3

dado que al ser un ácido fuerte estará

completamente disociado y producirá una concentración de protones |H+|=10

-3 M.

30,1 100 10 1i i f f i iV M V M V V mL

43. Justifique qué pH (ácido, neutro o básico) tienen las siguientes disoluciones acuosas:

a) Nitrato de potasio.

b) Acetato de sodio.

c) Cloruro de amonio.

d) Nitrito de sodio.

Datos: Ka (HAc) = l0-5

; Ka (NH4+) = 10

-9; Ka (HNO2) = 10

-3

Solución:

a) Ni el nitrato ni el ión potasio producen hidrólisis pues son base y ácido conjugados de

ácido y base muy fuerte. Por tantota disolución acuosa de esta sal es NEUTRA.

b) El acetato es la base conjugada de un ácido débil y producirá hidrólisis básica según la

reacción: 3 2 3CH COO H O CH COOH OH . El ión sodio no produce hidrólisis


porque procede de una base muy fuerte. La disolución acuosa de acetato de sodio tendrá pH y

carácter BÁSICO.

c) El cloruro no produce hidrólisis porque es la base conjugada de un ácido fuerte. El ión

amonio es el ácido conjugado de una base débil y produce hidrólisis ácida según la reacción:

4 2 4NH H O NH OH H . Una disolución de cloruro amónico tendrá pH y carácter

ÁCIDO.

d) El ión sodio no produce hidrólisis. El nitrito es la base conjugada de un ácido débil y

produce hidrólisis básica según la reacción: 2 2 2NO H O HNO OH . Una disolución

de nitrito de sodio tendrá pH y carácter BÁSICO.

44. Dada una disolución acuosa 0,0025 M de ácido fluorhídrico, calcule:

a) Las concentraciones en el equilibrio de HF, F- y H

+.

b) El pH de la disolución y el grado de disociación.

Dato: Ka = 6,66·10-4

Solución:

a) El equilibrio de disociación del ácido fluorhídrico es: 4

2 3

3

3 3 3

6,66 10

: 2,5 10

: 2,5 10 (1 ) 2,5 10 2,5 10 donde

HF H O F H O Ka

inicial

Fequilibrio Ka

3

H O

HF

Sustituyendo y resolviendo la ecuación. 3 2 3 2

4

3

(2,5 10 ) 2,5 106,66 10 0,4

2,5 10 (1 ) (1 )

Y las concentraciones respectivas en el equilibrio son:

3

3 3

3

2,5 10 0,001

2,5 10 (1 ) 0,0015

F H O F H O M

HF HF M

b) El pH de la disolución es: log log(0,001) 3pH H pH

El grado de disociación se ha calculado anteriormente.

45. Complete y ajuste las siguientes ecuaciones ácido base y nombre todos los compuestos

a) HNO3 + Mg(OH)2 →

b) NH3 + H2SO4 →

c) HCO3- + NaOH →

d) CH3-COOH + KOH →

Solución:

3 2 3 2 2a) 2 ( ) ( ) 2

ácido nitrico+hidróxido de magnesio nitrato de magnesio+agua

HNO Mg OH Mg NO H O

3 2 4 4 2 4b) 2 ( )

amoniaco+ácido sulfúrico sulfato de amonio

NH H SO NH SO

3 2 3c) 2 2

bicarbonato o carbonáto ácido+hidróxido de sodio carbonato de sodio+ión hidróxido

HCO NaOH Na CO OH


3 3 2d)

ácido acético o etanoico+hidróxido de potasio acetato de potasio+agua

CH COOH KOH KCH COO H O

46. Una disolución acuosa 0,2 M de un ácido débil HA tiene un grado de disociación de un 2

% Calcule:



c) La concentración de OH- de la disolución.

Solución:

Dado el equilibrio de disociación del ácido débil.

0, 2

0, 2(1 0,02) 0,2 0,02 0,2 0,02

AH A H

inicial

equilibrio

a) La constante del ácido es: 2

50,0048,16 10

0,196Kc Kc

b) El pH de la disolución: log log(0,004) 2,4 pH H pH

c) La concentración de OH-:

1214 14 2,4 11,6 2,5 10pOH pH pOH OH M

47. Una disolución acuosa de amoníaco de uso doméstico tiene de densidad 0,85 g·cm-3

y el 8

% de NH3 en masa.

a) Calcule la concentración molar de amoníaco en dicha disolución.

b) Si la disolución anterior se diluye 10 veces, calcule el pH de la disolución resultante.

c) Determine las concentraciones de todas las especies (NH3, NH4+, H

+ y OH

-) en la

disolución diluida 10 veces.

Datos: Masas atómicas: N = 14, H = 1; Kb(NH3) = l,8·10-5

Solución:

a) Tomamos un litro de esta disolución y aplicamos la definición de molaridad.

1000 0,85 0,08

17 41

mn PMM M M MV V

b) Tendremos el mismo número de moles en 10 veces más volumen y la concentración de

amoniaco será 0,4 M. Se trata de una base débil y el pH se calcula a partir del equilibrio de

disociación del amoniaco en agua. 5

3 2 4

24 2

3

1,8 10 y 4,75

(1 )

(1 )

b b

b

b b b

bb b

NH H O NH OH K pK

inicial C

equilibrio C C C

NH OH CK C

NHy

1 1 1 114 14 log 14 log 14 log log 14 log

2 2 2 2

bb b b

b

b b b b b b

KOH C OH C K

C

pH pOH OH C K C K pK C


Y sustituyendo: 1 1

14 log 14 2,37 log 0,4 11,432 2

b bpH pK C pH

c) La concentración de todas las especies en disolución.

3

3 3

4 4

3

3 3

1412

3

6,71 10 despreciable frente a 1

0,4 6,71 10 2,68 10 M

(1 ) 0,4(1 6,71 10 ) 0,397 M

103,73 10 M

2,68 10

b

b

b

b

ww

K

C

NH OH C OH NH OH

NH C NH

KK H OH H H

OH

48. Considere disoluciones acuosas, de idéntica concentración, de los compuestos: HNO3,

NH4Cl, NaCl y KF

a) Deduzca si las disoluciones serán ácidas, básicas o neutras. b) Ordénelas razonadamente en

orden creciente de pH. Datos: Ka(HF) = 1,4·10-4

; Kb(NH3) = 1,8·10-5

Solución:

a) El HNO3, es un ácido fuerte, totalmente disociado.

3 2 3 3+ 7( )HNO H O NO H O pH ácido

El NH4Cl, es una sal completamente disociada de ácido fuerte (HCl) y base débil (NH3).

4 4

2

4 2 4

que no se produce porque es muy fuerte

que produce hidrólisis ácida 7( )

NH Cl NH Cl

Cl H O HCl OH HCl

NH H O NH OH H pH ácido

El NaCl. Es una sal completamente disociada de ácido fuerte (HCl) y base fuerte (NaOH).

Sus pares conjugados se débiles y no producen hidrólisis.

2

2


que no se produce porque es muy fuerte 7( )

NaCl Na Cl

Cl H O HCl OH HCl

Na H O NaOH H NaOH pH neutro

El KF, es una sal completamente disociada de ácido débil (HF) y base fuerte (KOH).

2

2

que produce hidrólisis básica 7( )


NaF Na F

F H O HF OH pH básico

Na H O NaOH H NaOH

b) El orden de las disocluciones en función de pH creciente es:

3 4( ) ( ) ( ) ( )

ácido fuerte hidrólisis ácida sal neutra hidrólisis básica

pH HNO pH NH Cl pH NaCl pH KF

49. Se preparan dos disoluciones, una con 1,61 g de ácido metanoico (HCOOH) en agua hasta

un volumen de 100 cm3 y otra de HCl, de igual volumen y concentración molar. Calcule: a)

El grado de disociación del ácido metanoico. b) El pH de las dos disoluciones. c) El volumen

de hidróxido potásico 0,15 M necesario para alcanzar el punto de equivalencia, en una

neutralización ácido-base, de la disolución del ácido metanoico. d) Los gramos de NaOH que

añadidos sobre la disolución de HCl proporcionan un pH de 1. Considerar que no existe

variación de volumen. Datos: Ka=1,8·10-4

; Masas atómicas: C=12, O=16 Na=23 y H=l


Solución:

a) Planteamos el equilibrio de disociación del ácido metanoico. 4

2 3

22

1,8 10

inicial:

equilibrio: (1 ) 1

a

aa a a a

HCOOH H O HCOO H O Ka

C

CC C C Ka C

421,8 10

2,27 10 2,27%1,61/ 46

0,1a

Ka

C

b) El pH de la disolución de ácido fórmico. 2log log( ) log(0,35 2,27 10 ) 2,1apH H C pH

El pH de la disolución de HCl, que es un ácido fuerte y está completamente disociado.

log log log(0,35) 0,46apH H C pH

c) El número de moles de ácido debe ser igual al número de moles de base.

30,35 0,1 0,15 0,233 233 cm

HCOOH KOH a a b bn n M V M V

V V L

d) Si el pH=1 la concentración de iones hidronio es 0,1 M

3

0,35 0,1 0,1 0,1 1g40

NaOHHCl NaOH HCl HCl TH O H fial

NaOH

NaOHNaOH

mn n n M V M V

PM

mm

50. Una disolución contiene 0,376 gramos de fenol (C6H5OH) por cada 100 mL. Sabiendo

que el fenol se puede comportar como ácido débil monoprótico y que su valor de Ka es

1,0·10-10

, calcule: a) Las concentraciones finales de fenol y fenolato presentes en la

disolución, así como el pH y el porcentaje de ionización del fenol. b) El volumen de

disolución de hidróxido de sodio 0,2 M que se necesitaría para valorar (neutralizar) 25 mL de

disolución de fenol. Datos: Masas atómicas: H = 1, C = 12 y O = 16.

Solución:

a) Si el fenol se comporta como un ácido muy débil su equilibrio de disociación será: 10

6 5 2 6 5 3

0

0 0 0

1,0 10

:

: (1 )

C H OH H O C H O H O Ka

inicial C

equilibrio C C C

La concentración inicial de ácido o fenol.

0 0

0,376

94 0,04 M0,1

mn PMC CV V

La constante del ácido es: 2

6 5 0

6 5 1

C H O CKa

C H OH

El grado de disociación para este ácido será muy pequeño porque se trata de un ácido muy

débil y será despreciable frente a 1.


102 5

0

0

1,0 105,0 10 0,005%

0,04

KaKa C

C

Las concentraciones de las distintas especies en el equilibrio.

5 6

6 5 3 0 6 5 3

5

6 5 0 6 5

0,04 5 10 2,0 10 M

(1 ) 0,04 (1 5 10 ) 0,04 M

C H O H O C C H O H O

C H OH C C H OH

El pH de la disolución. 6log log(2 10 ) 5,7pH H pH

b) Cuando se trata de valorar o titular una disolución de un ácido con una base, en el punto de

equivalencia el número de equivalentes de ácido y base deben ser idénticos.

( ) ( )eq ácido eq base ácido ácido base basen n V N V N

Y en este caso en que tanto la valencia del ácido como de la base es 1.

25 0,04 0,2 5 mLácido ácido base base base baseV M V M V V

51. Conteste razonadamente a las siguientes preguntas: a) ¿Cuál es el orden de mayor a menor

basicidad de las bases conjugadas de los ácidos HNO3, HClO, HF y HCN? b) ¿Cuál es el

orden de mayor a menor acidez de los ácidos conjugados de las bases NO2-, NaOH, NH3 y

CH3COO-.

Datos: Ka(HClO) = 10-7

, Ka(HF) = 10-3

, Ka(HCN) = 10-9

, Ka(NH4+) = 10

-9, Ka(CH3COOH)

= l0-5

, Ka(HNO2) = 10-3

Solución:

a) Cuanto más fuerte sea el ácido más débil será su base conjugada. El HNO3 es un ácido muy

fuerte luego el NO3- será la base conjugada más débil. Para el resto se puede determinar a

partir de la Kb=Kw/Ka. 5 7 11

3Orden de mayor a menor basicidad ( 10 ) ( 10 ) ( 10 )CN Kb ClO Kb F Kb NO

b) Cuanto más fuerte sea la base más débil será su ácido conjugado. La NaOH es una base

muy fuerte luego el Na+ será el ácido conjugado más débil. Para el resto se puede determinar

a partir de la Ka de la base conjugada.

Orden de mayor a menor acidez: 3 5 9

2 3 4( 10 ) ( 10 ) ( 10 )HNO Ka CH COOH Ka NH Ka Na

52. El ácido butanoico es un ácido débil de Ka = 1,8·10-5

. Calcule: a) El grado de disociación

de una disolución 0,02 M del ácido butanoico. b) El pH de la disolución 0,02 M. c) El pH de

la disolución que resulta al añadir 0,05 moles de HCl a 250 mL de una disolución 0,02 M de

ácido butanoico. Suponer que no hay variación de volumen.

Solución:

El equilibrio de disociación del ácido butanoico. 5

3 2 2 2 3 2 2 3 1,8 10

(1 )

CH CH CH COOH H O CH CH CH COO H O Ka

Ca

Ca Ca Ca

a) El grado de disociación.


23 2 2 3 2 5 2

3 2 2

1,8 10 0,02 0,03(1 )

CH CH CH COO H O CaKa Ca

CH CH CH COOH

b) El pH

3log log( ) log(0,02 0,03) 3,22pH H O Ca pH pH

c) Al añadir un ácido fuerte, que se disocia completamente, a una disolución de un ácido

débil, desplaza el equilibrio del ácido débil completamente hacia la izquierda y los protones

que se encuentran en la disolución provienen casi totalmente del ácido fuerte.

0,05log log 0,7

0,250pH C pH

53. El pH de un zumo de limón es 3,4. Suponiendo que el ácido del limón se comporta como

un ácido monoprótico (HA) con constante de acidez Ka = 7,4·10-4

, calcule:

a) La concentración de HA en ese zumo de limón.

b) El volumen de una disolución de hidróxido sódico 0,005 M necesaria para neutralizar 100

mL del zumo de limón.

Solución:

a) Dado el equilibrio de disociación de un ácido débil se pide determinar la concentración del

ácido en disolución en el equilibrio. 4 7,4 10HA A H Ka

24

4 4

3,4 4

4 107,4 10 2,14 10 M

10 4 10 M

A HKa

HA HAHA

H A

b) La reacción de neutralización es: 2HA NaOH NaA H O , y el número de moles de

NaOH debe ser igual al número de moles iniciales de HA.

ácido base ácido ácido base basen n M V M V

La concentración inicial de HA es la que hay en el equilibrio más la que ha reaccionado. 4 4 4

0 02,14 10 4 10 6,14 10

equilibrio reaccionado equilibrio equilibrioHA HA HA HA H HA

46,14 10 0,1 0,005 0,0123 L ó 12,3 mLbase baseV V

54. Conteste razonadamente a las siguientes preguntas:

a) Ordene, de menor a mayor, el pH de las disoluciones acuosas de igual concentración de los

compuestos KCl, HF y HNO3.

b) Ordene, de menor a mayor, el pH de las disoluciones acuosas de igual concentración de las

sales NaClO2, HCOONa y NaIO4.

Datos: Ka(HF) = 10-3

, Ka(HClO2) = 10-2

, Ka(HCOOH) = 10-4

, Ka(HIO4) = 10-8

Solución:

a) El ácido nítrico, HNO3, es un ácido muy fuerte, el fluoruro de hidrógeno, HF, es menos

fuerte tiene constante de acidez y el cloruro potásico, KCl es una sal neutra que no produce

hidrólisis porque tanto el catión como el anión son el ácido y la base conjugados de una base

y un ácido muy fuertes.

3

A mayor

( ) ( ) ( )

Ka H pH

pH HNO pH HF pH KCl


b) El clorito potásico, NaClO2, produce hidrólisis básica Kb=10-14

/10-2

=10-12

. El formiato

sódico, HCOONa, produce también hidrólisis básica de Kb=10-14

/10-4

=10-10

y el peryodato

sódico, NaIO4, también produce hidrólisis básica de Kb=10-14

/10-8

=10-6

. Cuanto mayor es la

Kb mayor es su basicidad y mayor su pH.

2 4

A mayor

( ( ) ( )

Ka Kb Kw OH H pH

pH NaClO pH CHCOONa pH NaIO

55. El pH de una disolución de un ácido monoprótico HA es 3,4. Si el grado de disociación

del ácido es 0,02. Calcule:

a) La concentración inicial de ácido.

b) Las concentraciones del ácido y de su base conjugada en el equilibrio.

c) El valor de la constante de acidez, Ka.

d) Los gramos de hidróxido de potasio (KOH) necesarios para neutralizar 50 mL de dicho

ácido.

Datos. Masas atómicas: K=39,1; O=16; H=1.

Solución:

a) El equilibrio de disociación del ácido débil.

(1 )

HA A H Ka

C

C C C

log 3,4 log( 0,02) 0,02 MpH H C C

b) Las concentraciones del ácido y su base conjugada en el equilibrio.

4

(1 ) 0,02(1 0,02) 0,0196 M

0,02 0,02 4 10 M

HA C HA

A C A

c) El valor de l constante de acidez Ka.

2 260,02 0,02

8,163 10(1 ) 1 0,02

A H CKa Ka

HA

d) El número de equivalentes o moles de ácido deben ser iguales a los de base.

350 10 0,02 0,0561g56,1

KOHAc Bas KOH

mn n m

Pero la disolución resultante no será estrictamente neutra porque la sal formada producirá

hidrólisis básica.

2

2

2 /

HA KOH KA H O

KA H O K A

A H O HA OH Kh Kw Ka

56. Sea una disolución acuosa 1 M de un ácido débil monoprótico cuya Ka = 10-5

a 25 ºC.

Justifique si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas.

a) Su pH será mayor que 7.

b) El grado de disociación será aproximadamente 0,5.

c) El grado de disociación aumenta si se diluye la disolución.

d) El pH aumenta si se diluye la disolución.

Solución:


a) FALSO. Es un ácido débil, pero ácido y el pH<7.

b) FALSO. El grado de disociación es aproximadamente 3,16·10-3

.

c) VERDADERO. El grado de disociación de un ácido débil es aproximadamente:

Ka

C, y si aumenta la dilución, si C se hace más pequeño aumenta el grado de

disociación.

d) VERDADERO. El si y si Ka

pH H H C C Ka C C pHC

Si se diluye el ácido, disminuye la acidez y aumenta el pH.

57. Una disolución 0,1 M de un ácido monoprótico, HA, tiene un pH de 4,8. Calcule:

a) Las concentraciones en el equilibrio de todas las especies presentes en la disolución (incluir

la concentración de OH-).

b) La constante de disociación del ácido HA y el grado de disociación del ácido.

Dato. Kw= 1·10-14

Solución:

a) Planteamos el equilibrio de disociación del ácido débil.

(1 )

HA A H Ka

C

C C C

Y la concentración de las distintas especies en disolución son:

4,8 5

5

10 1,58 10 M

0,1 1,8 10 0,1

A H A H

HA HA

14 5 1010 1,58 10 6,31 10 MKw H OH OH OH

b) El grado de disociación del ácido se calcula a partir del pH.

4log 4,8 log(0,1 ) 1,58 10pH H

Y la constante de disociación a partir de los datos ya conocidos. 2

429

4

0,1 1,58 102,5 10

(1 ) 1 1,58 10

A H CKa Ka

HA

58. Se preparan disoluciones acuosas de igual concentración de HCl, NaCl, NH4Cl y NaOH.

Conteste de forma razonada:

a) ¿Qué disolución tendrá mayor pH?

b) ¿Qué disolución tendrá menor pH?

c) ¿Qué disolución es neutra?

d) ¿Qué disolución no cambiará su pH al diluirla?

Dato. Ka NH4+= 10

-9

Solución:

a) La disolución de NaOH por tratarse de una base fuerte.

b) La disolución de HCl por ser la de un ácido fuerte.

c) La disolución de NaCl por tratarse de una sal neutra que no produce hidrólisis.

d) la disolución de NaCl, es neutra y no varía su disolución al diluirla.

La disolución de NH4Cl produce hidrólisis ácida y su pH<7.


59. Se tiene una disolución de ácido nítrico de pH = 2,30.

a) Determine el número de moles de ion nitrato en disolución sabiendo que el volumen de la

misma es de 250 mL.

b) Calcule la masa de hidróxido de sodio necesaria para neutralizar 25 mL de la disolución

anterior.

c) Determine el pH de la disolución obtenida al añadir 25 mL de hidróxido de sodio 0,001 M

a 25 mL de la primera disolución de ácido nítrico, suponiendo que los volúmenes son

aditivos.

Datos. Masas atómicas: Na = 23; O= 16; H = 1

Solución:

a) El ácido nítrico es un ácido fuerte y estará completamente disociado en disolución. Toda la

concentración de ácido se disocia en iones nitrato e hidronio.

3 2 3 3

:

: 0

HNO H O NO H O

inicial C

equilibrio C C

3

3log 2,3 log 5 10 MpH H O C C

3

3

3 35 10 1,25 10 moles0,25

HNO

HNO

nnC n

V igual al número de moles de nitrato.

b) En una reacción de neutralización el número de equivalentes de ácido será igual al de base.

En este caso equivalentes y moles coinciden porque la valencia de ambos, ácido y base, es

uno.

3 30,025 5 10 5 10 g40

NaOH NaOHác bas ác ác NaOH

NaOH

m mn n V M m

PM

c) Determinamos el número de moles de ácido y de base para calcular que hay en exceso y

como será el carácter de la disolución resultante, 3 40,025 5 10 1,25 10ác ác ác ácn V M n

3 50,025 10 2,5 10bas bas bas basn V M n , hay más moles de ácido. Y la concentración

final de ácido será: 4 5

( ) 3

( ) ( )

1,25 10 2,5 102 10 M

0,050

f ácido

f ácido f ácido

total

nC C

V, y el pH se determina a partir

de la concentración de ácido fuerte final en la disolución. 3log log(2 10 ) 2,7pH H pH

60. Una disolución acuosa de amoniaco de uso doméstico tiene una densidad de 0,962 g·cm-3

y una concentración del 6,5 % en peso. Determine:

a) La concentración molar de amoniaco en dicha disolución.


c) El pH de la disolución resultante al diluir 10 veces.

Datos. Masas atómicas: N = 14, H = 1; Kb(amoníaco) = 1,8·10-5

.

Solución:

a) Partimos de la definición de molaridad. Una concentración del 6,5% en peso significa que

hay 6,5 g de amoniaco en 100 g de disolución


3

6,5

17 3,68M100

100,962

sol

disol

disol

mn PMM M

mV

b) El equilibrio de disociación del amoniaco. 5

3 2 4

5 2

1,8 10

:

: (1 )

1,8 10 3,68

NH H O NH OH OH Kb

inicial C

equilibrio C C C

Kb C

La concentración molar del amoniaco en el equilibrio.

3 3(1 3,68 ) 3,67MNH C NH

b) El pH de la disolución. 14 3 13

13

10 3,68 3,21 10 8,47 10

log log(8,47 10 ) 12,1

Kw H OH H H

pH H pH

c) Si se diluye diez veces la concentración disminuye diez veces. 5 14

3 12

3

12

1,8 10 100,368 7 10 3,88 10

0,368 0,368 7 10

log log(3,88 10 ) 11,41

Kb KwC H

C OH

pH H pH

61. Se prepara una disolución de un ácido débil, HA, con una concentración inicial 10-2

M.

Cuando se llega al equilibrio el ácido presenta una disociación del 1 %. Calcule:

a) El pH de la disolución.

b) La constante de acidez de HA.

c) El grado de disociación si se añade agua hasta aumentar 100 veces el volumen de la

disolución.

d) El pH de la disolución del apartado c).

Solución:

El equilibrio de disociación del ácido débil.

2 3

:

: (1

HA H O A H O Ka

inicial C

equilibrio C C C

a) El pH de la disolución. 2

3log log(10 40,01)pH H O pH

b) La constante de equilibrio.

23

(1

A H O CKa

HA y si =0,01 tenemos

2 2610 0,01

1,01 10(1 0,01

Ka Ka

c) Si se añade agua hasta aumentar 100 veces su volumen, se diluye el ácido. 2

41010 M

100C C

6 4 21,01 10 10 0,1Ka C , y aumenta mucho el grado de disociación.


d) El nuevo pH. 4

3log log(10 50,1)pH H O pH

62. El ácido butanoico es un ácido débil siendo su Ka = 1,5·10-5

. Calcule:

a) El grado de disociación de una disolución 0,05 M del ácido butanoico.

b) El pH de la disolución 0,05 M.

c) El volumen de una disolución de hidróxido de sodio 0,025 M necesario para neutralizar

100 mL de disolución 0,05 M de ácido butanoico.

Solución:

a) El equilibrio de disociación del ácido butanoico. 5

3 2 2 2 3 2 2 3

3 2 2 3 5

3 2 2

1,5 10

:

: (1

1,5 10 0,05(1

CH CH CH COOH H O CH CH CH COO H O Kc

inicial C

equilibrio C C C

H CH CH COO H O C CKc C

CH CH CH COOH C

b) El pH.

3log log(0,05 0.017) 3,06pH H O pH

d) El V de una disolución de NaOH 0,025 M para neutralizar 100 mL de disolución de ácido.

0,025 100 0,05 200 mLb b a a b bV M V M V V

63. Atendiendo a los equilibrios en disolución acuosa, razone cuál o cuáles de las siguientes

especies son anfóteras (pueden comportarse como ácido y como base):

a) Amoniaco (o trihidruro de nitrógeno).

b) Ion bicarbonato (o ion hidrogenotrioxocarbonato (IV)).

c) Ion carbonato (o ion trioxocarbonato (IV)).

d) Ion bisulfuro (o ion hidrogenosulfuro (II)).

Solución:

a) El amoniaco es una base aunque débil.

3 2 4NH H O NH OH H , cede protones al agua.

b) El ión bicarbonato puede ser ácido o base, se comporta como ANFÓTERO. 2

3 2 2 3 3 2 3 3oHCO H O H CO OH HCO H O CO H O , acepta y cede

protones del agua.

c) El ión carbonato se comporta como una base. 2

3 2 3CO H O HCO OH , solamente acepta protones y no puede cederlos.

d) El ion bisulfuro se comporta como ácido y como base, es ANFÓTERO. 2

2 2 2 3oHS H O H S OH HS H O S H O , acepta y cede protones.

64. Una disolución comercial de ácido clorhídrico presenta un pH de 0,3.

a) Calcule la masa de hidróxido de sodio necesaria para neutralizar 200 mL de la disolución

comercial de ácido.

b) Si 10 mL de la disolución comercial de ácido clorhídrico se diluyen con agua hasta un

volumen final de 500 mL, calcule el pH de la disolución diluida resultante.


c) A 240 mL de la disolución diluida resultante del apartado anterior se le añaden 160 mL de

ácido nítrico 0,005 M. Calcule el pH de la nueva disolución (suponiendo volúmenes aditivos),

d) Calcule los gramos de hidróxido de calcio necesarios para neutralizar la disolución final del

apartado c).

Datos. Masas atómicas: Na = 23; Ca = 40; H = 1; O = 16.

Solución:

a) Por ser un ácido fuerte completamente disociado.

log 0,3 log 0,5 MHCl HCl HClpH C C C

La masa de hidróxido de sodio necesaria para neutralizar 200 mL del ácido.

0,2 0,5 0,1moles NaOHb b b a a b bn V M V M n n

0,1 40 4 gNaOH NaOH NaOH NaOHm n PM m

b) La concentración de ácido resultante es:

10 0,5' ' 0,01 M

500

-log ' log 0,01 2

HCl HCl

HCl

C C

pH C pH pH

c) El número total de moles de ácido será:

3 3

3

240 0,01 160 0,005'' '' 8 10 M

400

-log '' log8 10 2,1

HCl HNOTa a

T T

a

n nnC C

V V

pH C pH

d) El número de moles de ácido es el doble que el número de moles de base, por se la base de

valencia 2. 2 2 2( ) 2 2Ca OH HCl CaCl H O

2

2 2 2 2

3

( ) 2

( ) ( ) ( ) ( )

0,4 8 10 0,0032 moles de ácido 0,0016 moles de Ca(OH)

0,0016 74 0,118 g

ácido Ca OH

Ca OH Ca OH Ca OH Ca OH

n n

m n PM m

problemas de 2º química equilibrio ácido-basechopo.pntic.mec.es/jmillan/pr_aba.pdfequilibrios...

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