NaOH Na OH La concentración de OH = C OH =2,17 M. C - - El ph=-log H ph=-log(0,4) ph 0, 40

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(1)

P ro b lem as re su elt o s s o b re Áci d o Bas e 1

PROBLEMAS RESUELTOS SOBRE ÁCIDO BASE

1. Calcula el grado de disociación y el pH de las siguientes disoluciones: a) Una disolución 0,5 M de ácido clorhídrico.

b) Una disolución de 65 g de hidróxido sódico en agua hasta 750 mL. c) Una disolución 0,2 M de ácido sulfúrico.

d) Una disolución acuosa 0,2 M de HNO2, Ka=4,5·10-4. e) Una disolución 0,3 M de hidróxido de amonio Kb=1,8·10-4.

f) Una disolución acuosa de amoniaco de uso doméstico, de densidad 0,85 g/cm3 y el 8% de NH3 en masa. Kb (NH3) = 1,8·10-5.

Solución:

a) Una disolución 0,5 M de ácido clorhídrico.

Se trata de un ácido fuerte completamente disociado. Entonces  1 ,

Cl La concentración de = =0,5 M C - - El pH=-log pH=-log(0,5) 0,30 - HCl H H C H H pH C C            

b) Una disolución de 65 g de hidróxido sódico en agua hasta 750 mL.

Se trata de una base fuerte completamente disociada. Entonces  1 , y es preciso calcular la concentración inicial de base.

65 40 2,17 M 0, 75 b b C  C  Na La concentración de = =2,17 M C - - El pOH=-log pOH=-log(2,17) 0,34 - 14 13, 66 b b b b NaOH OH OH C OH OH pOH C C pH pOH pH                

c) Una disolución 0,2 M de ácido sulfúrico.

Se trata de un ácido fuerte completamente disociado. Entonces  1 ,

2 2 4 4 2 La concentración de =2 =0,4 M C - - El pH=-log pH=-log(0,4) 0, 40 - C 2C H SO SO H H C H H pH            

d) Una disolución acuosa 0,2 M de HNO2, Ka=4,5·10-4.

Se trata de un ácido débil parcialmente disociado.

2 4 2 2 2 2 2 4 4, 5 10 y 0, 2 C - - 4, 5 10 0, 0463 (1 ) (1 ) (1- ) = =0,2 0, 0463 =0,0095 M El pH=-log pH=-log( NO H HNO NO H Ka Ka HNO C Ka C C C H C H H H                                  0,0095) pH 2, 02

e) Una disolución 0,3 M de ácido hidróxido de amonio Kb=1,8·10-4. Se trata de una base débil parcialmente disociada.

(2)

P ro b lem as re su elt o s s o b re Áci d o Bas e 2 4 5 4 4 4 2 5 2 1,8 10 y C - - 1,8 10 0, 3 0, 0077 (1 ) (1- ) = =0,3 0, 0077 =0,0023 M pOH=-log -log(0, NH OH NH OH NH OH Kb Kb NH OH C Kb C C C OH C OH OH OH                              0023) pOH 2, 63 y pH 11, 37

f) Una disolución acuosa de amoniaco de uso doméstico, de densidad 0,85 g/cm3 y el 8% de NH3 en masa. Kb (NH3) = 1,8·10-5. pH=11,43

Se trata de la disociación de una base débil y hay que conocer primero la concentración molar del amoniaco.

1000 0,85 0, 08 17 4 M 1 b b C C      4 5 4 4 4 2 5 2 3 3 1,8 10 y C - - 1,8 10 4 2,12 10 (1 ) (1- ) = =4 2,12 10 =0,0084 M pOH=-log -log( NH OH NH OH NH OH Kb Kb NH OH C Kb C C C OH C OH OH OH                                  0,0084) pOH 2, 07 y pH 11, 93

3. Las constantes de acidez del CH3COOH y del HCN en disolución acuosa son 1,8·10-5 y 4,93·10-10 respectivamente.

a) Escribe la reacción de disociación de ambos ácidos en disolución acuosa y las expresiones de la constante de acidez.

b) Justifique cuál de ellos es el ácido más débil.

c) Escribe la reacción química de acuerdo con la teoría de Brönsted-Lowry y justifica el carácter básico del cianuro de sodio.

Solución:

a) Las reacciones de disociación de ambos ácidos son:

5

3 2 3 3 1,8 10

ácido base conjugada

CH COOHH OCH COOH OKa  

 2  3 4, 93 10 10

ácido base conjugada

HCNH O CN H OKa  

b) Será más débil el que tenga la constante de disociación más pequeña, el HCN. c) El cianuro sódico, es una sal y en disolución se encuentra totalmente disociada.

NaCN  NaCN

El ión cianuro tiene carácter básico (es la base conjugada de un ácido muy débil), produce hidrólisis, reacciona con el agua

2

CNH O HCNOH

4. Se preparan 500 ml de una disolución que contiene 0,2 moles de un ácido orgánico monoprótico cuyo pH es 5,7. Calcule:

(3)

P ro b lem as re su elt o s so b re Áci d o Bas e 3 b) El grado de disociación del ácido en la disolución.

c) La constante Kb de la base conjugada. Solución:

a) y b) Se trata de un ácido débil poco disociado (porque me piden la constante y el pH no es muy bajo) cuyo equilibrio de disociación es :

2 2 (1 ) (1 ) A H C HA A H Ka Ka C HA inicialmente C equilibrio C C C              

La concentración inicial de ácido es: 0, 2 0, 4 M

0,5 n

C C C

V

    

Por otro lado si el pH=5,7 entonces:

5,7 6 6 6 2 6 12 10 1, 99 10 M 1, 99 10 0, 4 5 10 y 0, 4 5 10 9, 95 10 H H H C Ka C Ka                                

c) Las constantes de ácidos y sus bases conjugadas están relacionados con el producto iónico del agua.

12 14 3

9, 95 10 10 10

Ka Kb Kw   Kb   Kb 

5. El ácido cloroacético (ClCH2-COOH) en concentración 0,01M y a 25 ºC se encuentra disociado en un 31 %. Calcule:

a) La constante de disociación de dicho ácido. b) El pH de la disolución.

Solución:

a) Se trata de un ácido débil porque nos piden la contante de disociación.

2 2 2 2 3 1 0, 01 0,31 (1 ) 1,39 10 1 0,31 C CH Cl COOH CH Cl COO H Ka C C C Ka Ka                         b) El pH de la disolución.

log log( ) log(0, 01 0, 31) 2, 51

pH   H   C  pH     pH

6. Se disuelven 5 g de NaOH en agua suficiente para preparar 300 mL de disolución. Calcule:

a) La molaridad de la disolución y el valor del pH.

b) La molaridad de una disolución de H2SO4, de la que 30 mL de la misma son neutralizados con 25 mL de la disolución de la base

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

a) Se trata de una base fuerte completamente disociada y es preciso calcular primero la concentración de la base, luego el pOH y el pH.

5

40 0, 417 M

0,3

b b

(4)

P ro b lem as re su elt o s s o b re Áci d o Bas e 4 Na La concentración de = =0,417 M C - - El pOH=-log pOH=-log(0,417) 0,38 - 14 13, 62 b b b b NaOH OH OH C OH OH pOH C C pH pOH pH                

b) Dada la reacción de neutralización:

2 4 2 4 2

2NaOHH SO Na SO 2H O

Se tiene que cumplir:

                            2 4 2 4 2 4 2 4 2 4 2 4 2 4 2 4 25 1 0, 417 30 2 0,174 eqNaOH eqH SO NaOH NaOH H SO H SO

NaOH NaOH NaOH H SO H SO H SO

H SO H SO n n V N V N V val M V val M M M M                

7. Se dispone de ácido perclórico (ácido fuerte) del 65% de riqueza en peso y de densidad 1,6 g·mL−1. Determine:

a) El volumen 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;Cl=35'5;O=16. Solución:

a) Se dispone de un ácido perclórico, que es fuerte, pero no es puro. Hay que determinar primero la concentración molar.

4 1000 1, 6 0, 65 100, 45 10,35 M 1 HClO n M M M V       

Si (diluimos) añadimos un volumen V a 1,5 mL del ácido 10,35 M, la concentración resultante será: 1,5 10,35 ' ' 1,5 n M M V V     

El pH tiene que ser igual a 1 y se trata de un ácido fuerte completamente disociado

4 4

HClO ClOH

Entonces la pH  log H 1, 0 log H  H 0,1M

4 0 1,5 10,35 0,1 153,80 mL 1,5 H HClO V V

b) La reacción de neutralización que tiene lugar es: HClO4KOHKClO4H O2 y tiene que cumplirse que:

                4 4 4 0, 2 50 0,1 25 mL KOH HClO

KOH KOH HClO HClO

KOH KOH n n V M V M V V         

8. Se dispone de una disolución acuosa de ácido acético (CH3COOH) de pH=3. a) Calcule la concentración del ácido acético en la citada disolución.

(5)

P ro b lem as re su elt o s s o b re Áci d o Bas e 5 b) ¿Cuántos mililitros de ácido clorhídrico 0,1M habría que tomar para preparar 100 mL de una disolución con el mismo pH que la disolución anterior de ácido acético?

Datos: Ka(CH3COOH)=1,8·10-5. Solución:

a) Se trata de un ácido débil muy poco disociado.

5 3 2 3 3 2 3 3 3 1,8 10 (1 ) (1 ) CH COOH H O CH COO H O Ka CH COO H O C C Ka Ka CH COOH C C C                         Si el pH=3 entonces: 3 3 2 5 3 2 3 2 10 10 1,8 10 10 1,8 10 10 y 0, 056 M 1,8 10 H C Ka C C C                            |H+|=10-3, entonces C

b) El ácido clorhídrico es un ácido fuerte, completamente disociado. Si ha de tener el mismo pH, la concentración del ácido clorhídrico debería se 10-3 M y entonces:

 0  0      0  0 3

0,1 0,1 10 0, 001 L 1 mL

HCl HCl HCl HCl HCl HCl

VMVMV      V  

9. La constante de disociación del NH4OH, vale Kb = 1,8·10-5; y Kw = 10-14. Calcular: a) La |H+| de una disolución de ClNH4, 1,8 M.

b) Calcular el pH de esta disolución. Solución:

a) Se trata de una sal que produce hidrólisis ácida.

4 4

4 2 4

2

Sal completamente disociada Hidrólisis básica

Esto no sucede, el HCl es un ácido fuerte

NH Cl NH Cl NH H O NH OH H Cl H O HCl OH                 Cálculo de |H+| 4 4 4 2 4 . (1 ) h s s s s s h s h s h NH Cl NH Cl NH H O NH OH H K inicial C C equil C C CCC                 La constante de hidrólisis. 4 4 w h h b NH OH H OH K K K K NH OH     

   por otro lado

2 1 h h h h C KC      14 2 5 5 10 1,8 1, 76 10 1,8 10 hh          La |H+| H Ch 1,8hH 3,16 10 5 M b) El pH 5 log log(3,16 10 ) 4, 43 pH   H  pH      pH

(6)

P ro b lem as re su elt o s s o b re Áci d o Bas e 6 10. 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 2 4 2 HCOO 10 HCOO 0, 2 C - - 10 (1 ) (1 ) (1- ) 2, 21 10 La concentración de = =0,2 2, HCOOH H Ka H C Ka Ka HCOOH C C C 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

0,5 pH=-log H pH=-log( ) =2 50 a a a a a n 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 50

C   CCa  Ca

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' - Ca HCOO '( ' ) '(1- ') ' ' ' ' (1 ') a HCOOH H Ka H C Ca C C C C Ka HCOOH                 4 '(0,16 ' 0, 01) 3 10 ' 8, 7 10 (1 ')            

 bastante menor que 2,21·10

-2

.

Y podemos volver a recalcular el pH.

3

' ' 0,16 8, 7 10 0, 01 1, 94

HCCay pH

Figure

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