1 Ácido-Base Química 2º Bach. 2 Contenidos 1.- Características de ácidos y bases 2.- Evolución...

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Ácido-BaseÁcido-Base

Química 2º BachQuímica 2º Bach

22

ContenidosContenidos1.-1.- Características de ácidos y basesCaracterísticas de ácidos y bases

2.-2.- Evolución histórica del concepto de ácido y Evolución histórica del concepto de ácido y base.base.

2.1. 2.1. Teoría de Arrhenius. Limitaciones.Teoría de Arrhenius. Limitaciones.

2.2.2.2. Teoría de Brönsted-Lowry.Teoría de Brönsted-Lowry.

2.3. 2.3. Teoría de LewisTeoría de Lewis

3.-3.- Equilibrio de ionización del agua. pH.Equilibrio de ionización del agua. pH.

4.-4.- Fuerza de ácidos y bases.Fuerza de ácidos y bases.4.1. 4.1. Ácidos y bases conjugadas.Ácidos y bases conjugadas.

4.2. 4.2. Relación entre Ka y Kb.Relación entre Ka y Kb.

4.3. 4.3. Cálculos de concentraciones en equilibrio, pH, constantes, Cálculos de concentraciones en equilibrio, pH, constantes, grado de disociacióngrado de disociación

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ContenidosContenidos

5.-5.- Reacciones de hidrólisis de sales (estudio cualitativo).Reacciones de hidrólisis de sales (estudio cualitativo). 5.1.5.1. Sales procedentes de ácido fuerte y base débil.Sales procedentes de ácido fuerte y base débil.

5.2. 5.2. Sales procedentes de ácido débil y base fuerte.Sales procedentes de ácido débil y base fuerte.

5.3.5.3. Sales procedentes de ácido débil y base débil.Sales procedentes de ácido débil y base débil.

5.4. 5.4. Sales procedentes de ácido fuerte y base fuerte.Sales procedentes de ácido fuerte y base fuerte.

5.5. 5.5. Calculo de concentraciones y pH. Calculo de concentraciones y pH.

6.-6.- Disoluciones amortiguadoras. Disoluciones amortiguadoras.

7.-7.- Indicadores de ácido-base. Indicadores de ácido-base.

8.-8.- Valoraciones de ácido-base (volumetrías).Valoraciones de ácido-base (volumetrías).8.1.8.1. Neutralización (¿práctica de laboratorio?).Neutralización (¿práctica de laboratorio?).

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CaracterísticasCaracterísticasÁCIDOSÁCIDOS::

Tienen sabor agrio.Tienen sabor agrio. Son corrosivos para la piel.Son corrosivos para la piel. Enrojecen ciertos Enrojecen ciertos

colorantes vegetales.colorantes vegetales. Disuelven sustanciasDisuelven sustancias Atacan a los metales Atacan a los metales

desprendiendo Hdesprendiendo H22.. Pierden sus propiedades al Pierden sus propiedades al

reaccionar reaccionar con bases.con bases.

BASESBASES:: Tiene sabor amargo.Tiene sabor amargo. Suaves al tacto pero Suaves al tacto pero

corrosivos con la piel.corrosivos con la piel. Dan color azul a ciertos Dan color azul a ciertos

colorantes vegetales.colorantes vegetales. Precipitan sustancias Precipitan sustancias

disueltas por ácidos.disueltas por ácidos. Disuelven grasas.Disuelven grasas. Pierden sus propiedades al Pierden sus propiedades al

reaccionar con ácidos.reaccionar con ácidos.

55

Definición de ArrheniusDefinición de Arrhenius

Publica en 1887 su teoría dePublica en 1887 su teoría de “ “disociación iónica”disociación iónica”.. Hay sustancias (electrolitos) que en Hay sustancias (electrolitos) que en

disolución se disocian en cationes y aniones.disolución se disocian en cationes y aniones.

ÁCIDO:ÁCIDO: Sustancia que en disolución Sustancia que en disolución acuosa disocia cationes Hacuosa disocia cationes H++..

BASE:BASE: Sustancia que en disolución Sustancia que en disolución acuosa disocia aniones OHacuosa disocia aniones OH––..

66

DisociaciónDisociación ÁCIDOS:ÁCIDOS: AHAH (en disolución acuosa)(en disolución acuosa) A A– – + H + H++

Ejemplos: Ejemplos: HCl HCl (en disolución acuosa)(en disolución acuosa) Cl Cl– – + H + H++

HH22SOSO44 (en disolución acuosa)(en disolución acuosa) SOSO442– 2– + 2 H + 2 H++

BASES:BASES: BOHBOH (en disolución acuosa) (en disolución acuosa) B B + + + OH + OH––

Ejemplo: Ejemplo: NaOH NaOH (en disolución acuosa)(en disolución acuosa) Na Na+ + + OH+ OH––

77

NeutralizaciónNeutralización

Se produce al reaccionar un ácido con Se produce al reaccionar un ácido con una base por formación de agua:una base por formación de agua:

HH++ + OH + OH– – —— H H22OO

El anión que se disoció del ácido y el El anión que se disoció del ácido y el catión que se disoció de la base quedan catión que se disoció de la base quedan en disolución inalterados (sal disociada):en disolución inalterados (sal disociada):

NaOH +HCl —NaOH +HCl — H H22O + NaCl (NaO + NaCl (Na++ + Cl + Cl––))

88

Teoría de Brönsted-Teoría de Brönsted-Lowry.Lowry.

ÁCIDOS:ÁCIDOS: ““Sustancia que en disolución cede HSustancia que en disolución cede H++””..

BASES:BASES: ““Sustancia que en disolución acepta HSustancia que en disolución acepta H++”.”.

99

Par Ácido/base Par Ácido/base conjugadoconjugado Siempre que una sustancia se comporta Siempre que una sustancia se comporta

como ácido (cede Hcomo ácido (cede H++) hay otra que se ) hay otra que se comporta como base (captura dichos Hcomporta como base (captura dichos H++).).

Cuando un ácido pierde HCuando un ácido pierde H++ se convierte en se convierte en su “su “base conjugadabase conjugada” y c” y cuando una base uando una base captura Hcaptura H++ se convierte en su “ se convierte en su “ácido ácido conjugadoconjugado”.”.ÁCIDO (HA) BASE CONJ. (A–)

– H+

+ H+

BASE (B) ÁC. CONJ. (HB+)+ H+

– H+

1010

Ejemplo de par Ejemplo de par Ácido/base conjugadoÁcido/base conjugado

Disociación de un ácido:Disociación de un ácido: HCl (g) + HHCl (g) + H22O (l) O (l) H H33OO++(ac) + Cl(ac) + Cl– – (ac)(ac) En este caso el HEn este caso el H22O actúa como base y el O actúa como base y el

HCl al perder el HHCl al perder el H++ se transforma en Cl se transforma en Cl–– (base (base conjugada)conjugada)

Disociación de una base:Disociación de una base: NHNH33 (g) + H (g) + H22O (l) O (l) NH NH44

++ + OH + OH––

En este caso el HEn este caso el H22O actúa como ácido pues O actúa como ácido pues cede Hcede H++ al NH al NH33 que se transforma en NH que se transforma en NH44

++ (ácido conjugado)(ácido conjugado)

1111

Teoría de Lewis Teoría de Lewis ÁCIDOS:ÁCIDOS: ““Sustancia que contiene al menos un átomo Sustancia que contiene al menos un átomo

capaz de aceptar un par de electrones y capaz de aceptar un par de electrones y formar un enlace covalente coordinado”.formar un enlace covalente coordinado”.

BASES:BASES: ““Sustancia que contiene al menos un átomo Sustancia que contiene al menos un átomo

capaz de aportar un par de electrones para capaz de aportar un par de electrones para formar un enlace covalente coordinado”.formar un enlace covalente coordinado”.

1212

Teoría de Lewis Teoría de Lewis (Ejemplos)(Ejemplos)

HCl (g) + HHCl (g) + H22O (l) O (l) H H33OO++(ac) + Cl(ac) + Cl– – (ac) (ac) En este caso el HCl es un ácido porque contiene un En este caso el HCl es un ácido porque contiene un átomo (de H) que al disociarse y quedar como Hátomo (de H) que al disociarse y quedar como H++ va a va a aceptar un par de electrones del Haceptar un par de electrones del H22O formando un O formando un enlace covalente coordinado (Henlace covalente coordinado (H33OO++). ).

NHNH33 (g) + H (g) + H22O (l) O (l) NH NH44++ + OH + OH––

En este caso el NHEn este caso el NH33 es una base porque contiene un es una base porque contiene un átomo (de N) capaz de aportar un par de electrones en átomo (de N) capaz de aportar un par de electrones en la formación del enlace covalente coordinado (NHla formación del enlace covalente coordinado (NH44

++). ).

1313

Teoría de Lewis (cont.)Teoría de Lewis (cont.)

De esta manera, sustancias que no tienen De esta manera, sustancias que no tienen átomos de hidrógeno, como el AlClátomos de hidrógeno, como el AlCl33 pueden pueden actuar como ácidos:actuar como ácidos:

AlClAlCl3 3 + :NH+ :NH33 Cl Cl33Al:NHAl:NH33 Cl H Cl HCl H Cl H

| | | | | | | | Cl–Al + : N–H Cl–Al + : N–H Cl–Al Cl–AlN–HN–H | | | | | | | | Cl H Cl H Cl H Cl H

1414

Equilibrio de ionización del Equilibrio de ionización del agua.agua.

La experiencia demuestra que el agua tiene La experiencia demuestra que el agua tiene una pequeña conductividad eléctrica lo que una pequeña conductividad eléctrica lo que indica que está parcialmente disociado en indica que está parcialmente disociado en iones:iones:

2 H2 H22O (l) O (l) H H33OO++(ac) + OH(ac) + OH– – (ac) (ac) HH33OO++ · · OHOH––

KKcc = —————— = —————— HH22OO22

Como Como HH22OO es constante por tratarse de un es constante por tratarse de un

líquido, llamaremos Klíquido, llamaremos Kww = K = Kc c · · HH22OO22

conocido como “conocido como “producto iónico del aguaproducto iónico del agua””

[ ]× [ ] -w 3K H O OH

1515

Concepto de pH.Concepto de pH.

El valor de dicho producto iónico del agua es: El valor de dicho producto iónico del agua es: KKW W

(25ºC) = 10(25ºC) = 10–14–14 M M22

En el casoEn el caso del agua pura:del agua pura: ———–———–HH33OO++ = = OHOH–– = = 10 10–14–14 M M22 = 10 = 10–7–7 M M

Se denomina pH a:Se denomina pH a:

Y para el caso de agua pura, Y para el caso de agua pura, como como HH33OO++=10=10–7–7 M: M:

pH = – log 10pH = – log 10–7–7 = 7 = 7

3pH log [H O ]

1616

Tipos de disolucionesTipos de disoluciones

Ácidas: Ácidas: HH33OO++ > 10 > 10–7–7 M M pH < 7 pH < 7

Básicas: Básicas: HH33OO++ < 10 < 10–7–7 M M pH > 7 pH > 7

Neutras: Neutras: HH33OO++ = 10 = 10–7–7 M M pH = 7 pH = 7

En todos los casos: En todos los casos:

KKw w = = HH33OO++ · · OHOH––

si si HH33OO++ aumenta (disociación de un ácido), entonces aumenta (disociación de un ácido), entonces OHOH–– debe disminuir debe disminuir

para que el producto de ambas concentraciones continúe valiendo 10para que el producto de ambas concentraciones continúe valiendo 10–14–14 M M22

1717

Gráfica de pH en Gráfica de pH en sustancias comunessustancias comunes

ÁCIDO BÁSICO

141 2 3 4 6 8 9 10 11 12 135 7

Zumo de limón Cerveza

LecheSangre

Agua mar

Amoniaco

Agua destilada

1818

Concepto de pOH.Concepto de pOH.

A veces se usa este otro concepto, casi idéntico al A veces se usa este otro concepto, casi idéntico al de pH:de pH:

Como KComo Kw w = = HH33OO++ · · OHOH–– = 10 = 10–14–14 M M22

y aplicando logaritmos y cambiando el signo y aplicando logaritmos y cambiando el signo tendríamos:tendríamos:

pH + pOH = 14pH + pOH = 14

para una temperatura de 25ºC.para una temperatura de 25ºC.

pOH log [OH ]

1919

Ejemplo:Ejemplo: El pH de una disolución acuosa es 12,6. ¿Cual será la OH– y el pOH a la temperatura de 25ºC?

pH = – log pH = – log HH33OO++ = 12,6, = 12,6,

de donde se deduce que: de donde se deduce que:

HH33OO++ = 10= 10–pH–pH = 10 = 10–12,6–12,6 M = M = 2,5 · 102,5 · 10–13–13 M M

Como KComo Kw w = = HH33OO++ · · OHOH–– = 10 = 10–14–14 M M22

entonces:entonces: KKWW 1010–14–14 M M22 OHOH–– = ——— = —————— = = ——— = —————— = 0,04 M0,04 M HH33OO++ 2,5 2,5 · · 1010–13–13 M M

pOH = – log pOH = – log OHOH–– = – log 0,04 M = = – log 0,04 M = 1,41,4Comprobamos como pH + pOH = 12,6 + 1,4 = 14Comprobamos como pH + pOH = 12,6 + 1,4 = 14

2020

Ejercicio A:Ejercicio A: Una disolución de ácido Una disolución de ácido sulfú-sulfú- rico tiene unarico tiene unadensidad de 1,2 g/ml y una densidad de 1,2 g/ml y una riqueza del 20 % en peso. a) Calcule su concentración riqueza del 20 % en peso. a) Calcule su concentración expresada en moles/litro y en gramos/litro. b) Calcule el expresada en moles/litro y en gramos/litro. b) Calcule el pH de una disolución preparada diluyendo mil veces la pH de una disolución preparada diluyendo mil veces la anterior.anterior.

a)a) m ms s m mss% = —— % = —— xx 100 = ——— 100 = ——— xx 100 100

m mdndn V Vdn dn xx d d

mmss % % xx d 20 d 20 xx 1,2 g 1,2 gconc (g/L) = —— = —— = ————— = conc (g/L) = —— = —— = ————— = 240 g/L240 g/L

V Vdn dn 100 10100 10–3–3 L L xx 100 100

nnss m mss conc(g/L)conc(g/L) 240 g/L 240 g/L Molaridad = —— = ——— = ———— = ———— Molaridad = —— = ——— = ———— = ————

V Vdndn V Vdn dn xx M Ms s M Ms s 98 g/mol 98 g/mol

Molaridad = Molaridad = 2,45 mol/L2,45 mol/L

b) b) pH = –log [HpH = –log [H33OO++] = –log (2 ] = –log (2 xx 2,45 2,45xx1010–3 –3 M) = M) = 2,352,35

Problema de Selectividad (Marzo 97)


2121

Electrolitos fuertes y Electrolitos fuertes y débilesdébiles

Electrolitos fuertesElectrolitos fuertes: (: ()) Están totalmente disociadosEstán totalmente disociados

Ejemplos: HCl Ejemplos: HCl (ac)(ac) Cl Cl– – + H + H++

NaOH NaOH (ac)(ac) Na Na+ + + OH+ OH––

Electrolitos débilesElectrolitos débiles: (: ()) Están disociados parcialmenteEstán disociados parcialmente

Ejemplos: Ejemplos: CHCH33–COOH –COOH (ac) (ac) CHCH33–COO–COO– – + H + H++

NHNH33 (ac)+ H (ac)+ H22O O NH NH44++ + OH + OH––

2222

Electrolitos fuertes y Electrolitos fuertes y débilesdébiles

[A–] [H+]

[H+][A–]

[HA][HA]

Ácido fuerte

[HA]

Ácido débil

2323

Ejemplo:Ejemplo: Justifica porqué el ión HCO3– actúa como

ácido frente al NaOH y como base frente al HCl.

El NaOH proporciona El NaOH proporciona OHOH–– a la disolución: a la disolución:NaOH NaOH (ac)(ac) Na Na+ + + OH+ OH––

por lo que HCOpor lo que HCO33–– + + OHOH– – COCO33

2– 2– + + HH22OO

es decir, es decir, el ión HCOel ión HCO33–– actúa como ácido.actúa como ácido.

El HCl proporciona El HCl proporciona HH++ a la disolución: a la disolución:HCl HCl (ac)(ac) H H+ + + Cl+ Cl––

por lo que HCOpor lo que HCO33–– + + HH+ + HH22COCO33

(CO(CO22 + + HH22O)O)

es decir, es decir, el ión HCOel ión HCO33– – actúa como baseactúa como base..

2424

Fuerza de ácidos.Fuerza de ácidos.

En disoluciones acuosas diluidas En disoluciones acuosas diluidas ((HH22OO constante) constante) la la

fuerza de un ácido HA depende de la constante de equilibrio:fuerza de un ácido HA depende de la constante de equilibrio:

HA + HHA + H22O O A A– – + H+ H33OO++

AA–– · · HH33OO++ AA–– · · HH33OO++KKcc = —————— = —————— K Kcc ·· HH22OO = —————— = —————— HAHA ·· HH22OO HAHA

3

2

[ ] [ ][ ]

[ ]C a

A H OK H O K

HA

constante de disociación

(K acidez)

2525

Fuerza de ácidos (cont.).Fuerza de ácidos (cont.).

Según el valor de KSegún el valor de Ka a hablaremos de ácidos hablaremos de ácidos

fuertes o débiles:fuertes o débiles: Si KSi Ka a > 100 > 100 El ácido es El ácido es fuertefuerte y estará disociado y estará disociado

casi en su totalidad.casi en su totalidad. Si KSi Ka a < 1< 1 El ácido es El ácido es débildébil y estará sólo y estará sólo

parcialmente disociado.parcialmente disociado.

El ácido acético (CHEl ácido acético (CH33–COOH) es un ácido débil ya que su K–COOH) es un ácido débil ya que su Ka a = 1,8 = 1,8 · · 1010–5–5 M M

2626

Ácidos polipróticosÁcidos polipróticosSon aquellos que pueden ceder más de un HSon aquellos que pueden ceder más de un H++..( ej.: el H( ej.: el H22COCO33 es diprótico) es diprótico)

Existen pues, tantos equilibrios como HExisten pues, tantos equilibrios como H++ disocie: disocie:

HH22COCO33 + H+ H22OO HCOHCO33

– – ++ H H33OO++

HCOHCO33– – + H+ H22OO COCO33

2– 2– ++ H H33OO++

HCOHCO33– – · · HH33OO++ COCO33

2– 2– · · HH33OO++ KKa1 a1 = ———————— K= ———————— Ka2 a2 = ———————= ——————— HH22COCO33 HCOHCO33

– –

KKa1 a1 = 4,5 = 4,5 · · 1010–7 –7 M M KKa2 a2 = 5,7= 5,7· · 1010–11 –11 M M

La constantes sucesivas siempre van disminuyendo.La constantes sucesivas siempre van disminuyendo.

2727

Ejemplo:Ejemplo: Sabiendo que las constantes de acidez del ácido Sabiendo que las constantes de acidez del ácido fosfórico son:fosfórico son:KKa1a1 = 7,5 x 10 = 7,5 x 10–3–3, K, Ka2a2 = 6,2 x 10 = 6,2 x 10–8–8 y K y Ka3a3 = 2,2 x 10 = 2,2 x 10–13–13, ,

calcular las concentraciones de los iones Hcalcular las concentraciones de los iones H33OO++, H, H22POPO44––, HPO, HPO44

2–2–

y POy PO443–3– en una disolución de H en una disolución de H33POPO44 0,08 0,08M.M.

Equilibrio 1:Equilibrio 1: H H33POPO44 + H + H22O O H H22POPO44–– + H + H33OO++

c. in.(mol/l): 0,08 0 0c. in.(mol/l): 0,08 0 0c. eq.(mol/l): 0,08 – x x x c. eq.(mol/l): 0,08 – x x x

x = 0,021x = 0,021

232 4 3

13 4

[ ] [ ]7,5 10

[ ] 0,08a

H PO H O xK M

H PO x

2 4 3[ ] [ ] 0,021H PO H O M

2828

Equilibrio 2:Equilibrio 2: H H22POPO44–– + H + H22O O HPO HPO44

2–2– + H + H33OO++ c. in.(mol/l): 0,021 0 0,021c. in.(mol/l): 0,021 0 0,021c. eq.(mol/l): 0,021 – y y 0,021 + y c. eq.(mol/l): 0,021 – y y 0,021 + y

y = y = 6,2 x 106,2 x 10–8–8 MM

Equilibrio 3:Equilibrio 3: HPO HPO442–2– + H + H22O O PO PO44

3–3– + H + H33OO++

c. in.(mol/l): 6,2 c. in.(mol/l): 6,2 xx 10 10–8–8 0 0,021 0 0,021c. eq.(mol/l): c. eq.(mol/l): 6,2 6,2 xx 10 10–8–8– z z 0,021 + z– z z 0,021 + z

z = z = 6,5 x 106,5 x 10–19–19 MM

284 3

22 4

[ ] [ ] (0,021 ) 0,0216,2 10

0,021 0,021[ ]a

HPO H O y y yK M

yH PO

2 84[ ] 6,2 10HPO M

133 4 3

2 2 8 84

[ ] [ ] (0,021 ) 0,0212,2 10

[ ] 6,2 10 6,2 10a

H PO H O z z zK M

HPO z

3 194[ ] 6,5 10PO M

2929

Fuerza de bases.Fuerza de bases.

En disoluciones acuosas diluidas (En disoluciones acuosas diluidas (HH22OO constante) la fuerza de una base BOH constante) la fuerza de una base BOH depende de la constante de equilibrio: depende de la constante de equilibrio:

B + HB + H22O O BH BH+ + + OH+ OH––

BHBH++ xx OHOH–– KKcc = —————— = ——————

BB x [H x [H22O]O]

2

[ ] [ ][ ]

[ ]C b

BH OHK H O K

B (K basicidad)

3030

Fuerza de ácidos y bases Fuerza de ácidos y bases (pK)(pK)

Al igual que el pH se denomina pK a:Al igual que el pH se denomina pK a:

pKpKaa= – log K= – log Kaa ;; pK pKbb= – log K= – log Kbb

Cuanto Cuanto mayor es el valor de Kmayor es el valor de Ka a o Ko Kbb

mayor es la fuerza del ácido o de la basemayor es la fuerza del ácido o de la base..

Igualmente, cuanto mayor es el valor de pKIgualmente, cuanto mayor es el valor de pKa a o pKo pKb b

menor es la fuerza del ácido o de la base.menor es la fuerza del ácido o de la base.

3131

Ejemplo: Determinar el pH y el pOH de una disolución

0,2 M de NH3 sabiendo que Kb (25ºC) = 1,8 · 10–5 M

Equilibrio: NHEquilibrio: NH3 3 + H+ H22O O NH NH44++

+ OH+ OH––

conc. in.(mol/l): 0,2conc. in.(mol/l): 0,2 0 0 0 0conc. eq.(mol/l): 0,2 – x conc. eq.(mol/l): 0,2 – x x x x x

NHNH44++ xx OHOH–– x x22

KKbb = ——————— = ——— = 1,8 = ——————— = ——— = 1,8 xx 10 10–5–5 M M NHNH33 0,2 – x 0,2 – x

De donde se deduce que x = De donde se deduce que x = OHOH–– = 1,9 = 1,9 xx 1010–3–3 M M

pOH = – log pOH = – log OHOH–– = – log 1,9 = – log 1,9 xx 10 10–3–3 = = 2,722,72

pH = 14 – pOH = 14 – 2,72 = pH = 14 – pOH = 14 – 2,72 = 11,2811,28

3232

Relación entre KRelación entre Ka a y Ky Kbb conjugadaconjugada

Equilibrio de disociación de un ácido:Equilibrio de disociación de un ácido:

HA + HHA + H22O O A A–– + H+ H33OO++

Reacción de la base conjugada con el agua:Reacción de la base conjugada con el agua:

AA–– + H + H22O O HA HA + OH+ OH––

AA–– xx HH33OO++ HAHA xx OHOH–– KKa a = —————— ; K= —————— ; Kb b = ——————= —————— HAHA AA––

AA–– xx HH33OO++ xx HAHA xx OHOH–– K Ka a xx KKb b = ———————————— = K= ———————————— = KWW HAHA xx AA––

3333

Relación entre KRelación entre Ka a y Ky Kbb conjugada (cont.).conjugada (cont.).

En la práctica, esta relación (KEn la práctica, esta relación (Ka a xx KKb b = K= KWW) )

significa que:significa que: Si un ácido es fuerte su base conjugada es débil.Si un ácido es fuerte su base conjugada es débil. Si un ácido es débil su base conjugada es fuerte.Si un ácido es débil su base conjugada es fuerte.

A la constante del ácido o base conjugada en la A la constante del ácido o base conjugada en la reacción con el agua se le suele llamar reacción con el agua se le suele llamar constante de hidrólisisconstante de hidrólisis (K (Khh). ).

3434

Ejemplo:Ejemplo: Calcular la KCalcular la Kb b del KCN si sabemos que la Kdel KCN si sabemos que la Ka a del del

HCN vale 4,9 · 10HCN vale 4,9 · 10–10 –10 M.M.

El HCN es un ácido débil (constante muy pequeña). El HCN es un ácido débil (constante muy pequeña).

Su base conjugada, el CNSu base conjugada, el CN––, será una base , será una base relativamente fuerte. relativamente fuerte.

Su reacción con el agua será:Su reacción con el agua será:

CNCN–– + H + H22O O HCN HCN + OH+ OH––

KKWW 10 10–14–14 M M22 K Kb b = —— = —————— = = —— = —————— = 2,0 2,0 xx 10 10–5–5 M M K Ka a 4,9 4,9 xx 10 10–10 –10 MM

3535

Relación entre la constanteRelación entre la constante y el grado de disociación “ y el grado de disociación “””

En la disociación de un ácido o una baseEn la disociación de un ácido o una base

Igualmente:Igualmente:

En el caso de ácidos o bases muy débiles (KEn el caso de ácidos o bases muy débiles (Kaa/c o K/c o Kbb/c < 10/c < 10–4–4), ), se desprecia frente a 1 con lo que: K se desprecia frente a 1 con lo que: Ka a = c = c 2 2 (K(Kb b = c = c 2 2 ))

Así:Así:

b

cK

2

1

23

1 1

[ ] [ ]

[ ] ( - )a

A H O c c cK

HA c

aK

c bK

c

3636

Una disolución de HBOUna disolución de HBO22 10 10-2-2 M tiene un de pH de M tiene un de pH de

5,6. 5,6. a)a) Razone si el ácido y su base conjugada Razone si el ácido y su base conjugada serán fuertes o débiles. serán fuertes o débiles. b)b) Calcule la constante de disociación Calcule la constante de disociación del ácido (Kdel ácido (Kaa) ) c)c) Calcule, si es posible, la constante de basicidad Calcule, si es posible, la constante de basicidad

del ion borato (Kdel ion borato (Kbb). ). d)d) Si 100 ml de esta disolución de HBO Si 100 ml de esta disolución de HBO22 se se

mezclan con 100 ml de una disolución 10mezclan con 100 ml de una disolución 10-2-2 M de hidróxido M de hidróxido sódico, ¿qué concentración de la base conjugada se obtendrá?sódico, ¿qué concentración de la base conjugada se obtendrá?

a)a) [H[H33OO++] = 10] = 10–pH–pH = 10 = 10–5,6–5,6 = 2,51 = 2,51 xx 10 10–6–6 M M =[H=[H33OO++]/c = 2,51 ]/c = 2,51 xx 10 10–6–6 M/ 10 M/ 10-2-2 M = M = 2,51 2,51 xx1010–4–4 lo que significa que está disociado en un 0,025 % luego se lo que significa que está disociado en un 0,025 % luego se

trata de un ácido débil. Su base conjugada, BOtrata de un ácido débil. Su base conjugada, BO22––, será pues, , será pues,

relativamente fuerte.relativamente fuerte.

b)b) K Kaa = c = c xx 22 = 10 = 10-2-2 M M xx(2,51(2,51 xx 10 10–4–4))2 2 = = 6,3 6,3 xx 10 10–10–10

c)c) K Kbb = K = Kww/K/Ka a = = 1010–14–14/ 6,3 / 6,3 xx 1010–10 –10 = = 1,58 1,58 xx 10 10–5–5

d) d) Se neutralizan exactamente:Se neutralizan exactamente: [BO[BO22––] = 5 ] = 5 xx 10 10–3–3 MM



3737

Ejercicio B:Ejercicio B: En un laboratorio se tienen dos En un laboratorio se tienen dos matraces, uno conteniendo 15 ml de HCl cuya matraces, uno conteniendo 15 ml de HCl cuya

concentración es 0,05 M y el otro 15 ml de ácido etanoico concentración es 0,05 M y el otro 15 ml de ácido etanoico (acético) de concentración 0,05 M (acético) de concentración 0,05 M a)a) Calcule el pH de cada una de ellas. Calcule el pH de cada una de ellas. b)b) ¿Qué cantidad de agua se ¿Qué cantidad de agua se deberá añadir a la más ácida para que el pH de las dos disoluciones deberá añadir a la más ácida para que el pH de las dos disoluciones sea el mismo? sea el mismo? Dato: KDato: Ka a (ácido etanoico) = 1,8 x 10(ácido etanoico) = 1,8 x 10-5-5

a)a) HCl es ácido fuerte luego está totalmente disociado, HCl es ácido fuerte luego está totalmente disociado, por lo que [Hpor lo que [H33OO++] = 0,05 M] = 0,05 M

pH = –log [HpH = –log [H33OO++] = –log 0,05 = ] = –log 0,05 = 1,301,30 CHCH33COOH es ácido débil por lo que:COOH es ácido débil por lo que:

KKa a 1,8 ·101,8 ·10-5-5MM = —— = ————— = 0,019 = —— = ————— = 0,019

c c 0,05 M 0,05 M

[H[H33OO++] = c ] = c = 0,05 M = 0,05 M xx 0,019 = 9,5 0,019 = 9,5 xx 10 10-4 -4 MM

pH = –log [HpH = –log [H33OO++] = –log 9,5 ] = –log 9,5 xx 10 10-4 -4 = = 3,03,0

Problema Selectividad

(Junio 98)


(Junio 98)

3838

b)b) n (H n (H33OO++) en HCl = V ) en HCl = V xx Molaridad = 0,015 l Molaridad = 0,015 l xx 0,05 M = 0,05 M =

= 7,5 = 7,5 xx 10 10-4 -4 mol.mol.

Para que el pH sea 3,0 [HPara que el pH sea 3,0 [H33OO++] = 10] = 10-3-3 M M que será también la que será también la

[HCl] ya que está totalmente disociado.[HCl] ya que está totalmente disociado.

El volumen en el que deberán estar disueltos estos moles es:El volumen en el que deberán estar disueltos estos moles es:

V = n/Molaridad = 7,5 V = n/Molaridad = 7,5 xx 10 10-4 -4 mol/ 10mol/ 10-3-3 mol·l mol·l-1 -1 = 0,75 litros= 0,75 litros

Luego habrá que añadir (0,75 – 0,015) litros = Luego habrá que añadir (0,75 – 0,015) litros = 735 735 mlml

Ejercicio B:Ejercicio B: En un laboratorio se tienen dos En un laboratorio se tienen dos matraces, uno conteniendo 15 ml de HCl cuya matraces, uno conteniendo 15 ml de HCl cuya

concentración es 0,05 M y el otro 15 ml de ácido etanoico concentración es 0,05 M y el otro 15 ml de ácido etanoico (acético) de concentración 0,05 M (acético) de concentración 0,05 M a)a) Calcule el pH de cada una de ellas. Calcule el pH de cada una de ellas. b)b) ¿Qué cantidad de agua se ¿Qué cantidad de agua se deberá añadir a la más ácida para que el pH de las dos disoluciones deberá añadir a la más ácida para que el pH de las dos disoluciones sea el mismo? sea el mismo? Dato: KDato: Ka a (ácido etanoico) = 1,8 x 10(ácido etanoico) = 1,8 x 10-5-5


(Junio 98)


(Junio 98)

3939

Hidrólisis de salesHidrólisis de sales

Es la reacción de los iones de una sal con el Es la reacción de los iones de una sal con el agua.agua.

Sólo es apreciable cuando estos iones proceden Sólo es apreciable cuando estos iones proceden de un ácido o una base débil:de un ácido o una base débil: Hidrólisis ácida (de un catión)Hidrólisis ácida (de un catión)::

NHNH44++ + H + H22O O NH NH33

+ H+ H33OO++ Hidrólisis básica (de un anión)Hidrólisis básica (de un anión)::

CHCH33–COO–COO–– + H + H22O O CH CH33–COOH–COOH + OH+ OH––

4040

Tipos de hidrólisis.Tipos de hidrólisis.Según procedan el catión y el anión de un ácido o Según procedan el catión y el anión de un ácido o una base fuerte o débil, las sales se clasifican en:una base fuerte o débil, las sales se clasifican en: Sales procedentes de ácido fuerte y base fuerte.Sales procedentes de ácido fuerte y base fuerte.

Ejemplo: NaClEjemplo: NaCl Sales procedentes de ácido débil y base fuerte.Sales procedentes de ácido débil y base fuerte.

Ejemplo: NaCNEjemplo: NaCN Sales procedentes de ácido fuerte y base débil.Sales procedentes de ácido fuerte y base débil.

Ejemplo: NHEjemplo: NH44ClCl Sales procedentes de ácido débil y base débil.Sales procedentes de ácido débil y base débil.

Ejemplo: NHEjemplo: NH44CNCN

4141

Sales procedentes de ácido Sales procedentes de ácido fuerte y base fuerte.fuerte y base fuerte.

Ejemplo: NaClEjemplo: NaCl

NO SE PRODUCE HIDRÓLISISNO SE PRODUCE HIDRÓLISIS ya que tanto el ya que tanto el NaNa++ que es un ácido muy débil como el que es un ácido muy débil como el ClCl–– que es que es una base muy débil apenas reaccionan con agua. una base muy débil apenas reaccionan con agua. Es decir los equilibrios:Es decir los equilibrios:

NaNa++ + 2 H + 2 H22O NaOHO NaOH + H+ H33OO++

ClCl–– + H + H22O HClO HCl + OH+ OH––

están muy desplazado hacia la izquierda.están muy desplazado hacia la izquierda.

4242

Sales procedentes de ácido Sales procedentes de ácido débil y base fuerte.débil y base fuerte.

Ejemplo: NaEjemplo: Na++CHCH33–COO–COO––

SE PRODUCE HIDRÓLISIS BÁSICASE PRODUCE HIDRÓLISIS BÁSICA ya que el ya que el NaNa++ es un ácido muy débil y apenas reacciona es un ácido muy débil y apenas reacciona con agua, pero el con agua, pero el CHCH33–COO–COO–– es una base fuerte y si reacciona es una base fuerte y si reacciona

con ésta de forma significativa: con ésta de forma significativa:

CHCH33–COO–COO–– + H + H22O O CHCH33–COO–COOHH + OH+ OH––

lo que provoca que el pH > 7 (dis. básica).lo que provoca que el pH > 7 (dis. básica).

4343

Sales procedentes de ácido Sales procedentes de ácido fuerte y base débil.fuerte y base débil.

Ejemplo: NHEjemplo: NH44ClCl

SE PRODUCE HIDRÓLISIS ÁCIDASE PRODUCE HIDRÓLISIS ÁCIDA ya que el ya que el NHNH44

++ es un ácido relativamente fuerte y es un ácido relativamente fuerte y

reacciona con agua mientras que el reacciona con agua mientras que el ClCl–– es una es una base débil y no lo hace de forma significativa: base débil y no lo hace de forma significativa:

NHNH44++ + H + H22O O NH NH33

+ H+ H33OO++

lo que provoca que el pH < 7 (dis. ácida).lo que provoca que el pH < 7 (dis. ácida).

4444

Sales procedentes de ácido Sales procedentes de ácido débil y base débil.débil y base débil.

Ejemplo: NHEjemplo: NH44CNCN

En este caso tanto el catión En este caso tanto el catión NHNH44++

como el anión como el anión

CNCN–– se hidrolizan y la disolución será ácida o se hidrolizan y la disolución será ácida o básica según qué ion se hidrolice en mayor grado. básica según qué ion se hidrolice en mayor grado.

Como KComo Kbb(CN(CN––) = 2 · 10) = 2 · 10–5–5 M y M y

KKaa((NHNH44++) = 5,6 · 10) = 5,6 · 10–10–10 M M ,,

en este caso, la disolución es básica ya que en este caso, la disolución es básica ya que KKbb(CN(CN––) es mayor que K) es mayor que Kaa((NHNH44

++))

4545

Ejemplo:Ejemplo: Sabiendo que KSabiendo que Ka a (HCN) = 4,0 · 10(HCN) = 4,0 · 10–10 –10 M, calcular el pH y el M, calcular el pH y el grado de hidrólisis de una disolución acuosa de NaCN 0,01 M. grado de hidrólisis de una disolución acuosa de NaCN 0,01 M.

La reacción de hidrólisis será:La reacción de hidrólisis será:


HCNHCN · · OHOH–– K KWWKKhh((CNCN––)) = —————— = —————— == —————— = —————— = CNCN–– 4,0 · 4,0 · 1010–10 –10 MM

1 ·1 · 1010–14 –14 MM22

KKhh((CNCN––)) = —————— = 2,5 ·= —————— = 2,5 · 1010–5 –5 M M 4,0 · 4,0 · 1010–10 –10 MM

4646

Ejemplo:Ejemplo: Sabiendo que KSabiendo que Ka a (HCN) = 4,0 · 10(HCN) = 4,0 · 10–10 –10 M, calcular el M, calcular el pH y el grado de hidrólisis de una disolución acuosa de pH y el grado de hidrólisis de una disolución acuosa de NaCN 0,01 M. NaCN 0,01 M.


Conc inin. (M) 0,01Conc inin. (M) 0,01 0 0 0 0Conc equil. (M) 0,01(1–Conc equil. (M) 0,01(1–)) 0,01 0,01 0,01 0,01

HCNHCN xx OHOH–– (0,01 (0,01 ))22 M M22 2,5 · 2,5 · 1010–5 –5 M = —————— = ——————M = —————— = —————— CNCN–– 0,01(1– 0,01(1–)) MMDespreciando Despreciando frente a 1, se obtiene que frente a 1, se obtiene que = 0,05 = 0,05

KKWW 1010–14–14 M M22 HH33OO++ = ——— = —————— = 2,0 = ——— = —————— = 2,0 xx 10 10–11–11 M M OHOH–– 0,01 M 0,01 M xx 0,05 0,05

pH = – log pH = – log HH33OO++ = – log 2,0 = – log 2,0 xx 10 10–11–11 M M = = 10,710,7

4747

Ejercicio C:Ejercicio C: Razone utilizando los Razone utilizando los equilibrios equilibrios correspondientes, si los pH de las disoluciones correspondientes, si los pH de las disoluciones

que se relacionan seguidamente son ácidos, básicos o que se relacionan seguidamente son ácidos, básicos o neutros. neutros. a)a) Acetato potásico 0,01 M; Acetato potásico 0,01 M; b)b) Nitrato sódico 0,01 M; Nitrato sódico 0,01 M; c)c) Sulfato amónicoSulfato amónico0,01 M; 0,01 M; d)d) Hidróxido de bario 0,01 M. Hidróxido de bario 0,01 M.

a)a) Acetato potásico: Acetato potásico: pH básicopH básico, ya que, ya que

CHCH33–COO–COO–– + H + H22O O CHCH33–COO–COOHH + OH+ OH––

por ser el ác. acetico débil, mientras que el Kpor ser el ác. acetico débil, mientras que el K+ + no no reacciona con agua por ser el KOH base fuerte.reacciona con agua por ser el KOH base fuerte.

b)b) nitrato sódico: nitrato sódico: pH neutropH neutro, ya que ni el anión NO, ya que ni el anión NO33––

ni ni

el catión Nael catión Na++ reaccionan con agua por proceder el reaccionan con agua por proceder el primero del HNOprimero del HNO33 y del NaOH el segundo, ambos y del NaOH el segundo, ambos

electrolitos fuertes.electrolitos fuertes.

Problema de Selectividad

(Septiembre 98)


(Septiembre 98)

4848

c)c) Sulfato amónico: Sulfato amónico: pH ácidopH ácido, ya que, ya queNHNH44

++ + H + H22O O NHNH33 + H+ H33OO++

por ser el amoniaco débil, mientras que el SOpor ser el amoniaco débil, mientras que el SO442– 2– no no

reacciona con agua por ser el Hreacciona con agua por ser el H22SOSO4 4 ácido fuerte. ácido fuerte.

d)d) hidróxido de bario: hidróxido de bario: pH básicopH básico pues se trata de una pues se trata de una base fuerte (los hidróxidos de los metales alcalinos y base fuerte (los hidróxidos de los metales alcalinos y alcalino-térreos son bases bastantes fuertes)alcalino-térreos son bases bastantes fuertes)

4949

Disoluciones amortiguadoras Disoluciones amortiguadoras (tampón)(tampón)

Son capaces de mantener el pH después de añadir Son capaces de mantener el pH después de añadir pequeñas cantidades tanto de ácido como de base. pequeñas cantidades tanto de ácido como de base.

Están formadas por:Están formadas por:• Disoluciones de ácido débil + sal de dicho ácido débil Disoluciones de ácido débil + sal de dicho ácido débil

con catión neutrocon catión neutro:: Ejemplo: ácido acético + acetato de sodio.Ejemplo: ácido acético + acetato de sodio.

• Disoluciones de base débil + sal de dicha base débil con Disoluciones de base débil + sal de dicha base débil con anión neutro:anión neutro: Ejemplo: amoniaco y cloruro de amonio.Ejemplo: amoniaco y cloruro de amonio.

5050

Variación del pH al añadir pequeñas Variación del pH al añadir pequeñas cantidades de NaOH o HClcantidades de NaOH o HCl

© Ed. Santillana

5151

Ejemplo:Ejemplo: Calcular el pH de una disolución tampón Calcular el pH de una disolución tampón formada por una concentración formada por una concentración 0,2 M de ácido acético y 0,2 M de acetato de sodio. K0,2 M de ácido acético y 0,2 M de acetato de sodio. Ka a

(CH(CH33–COOH) = 1,8 · 10–COOH) = 1,8 · 10–5 –5 M. M.

El acetato está totalmente disociado:El acetato está totalmente disociado:

CHCH33–COONa –COONa CH CH33–COO–COO–– + Na + Na++

El ácido acético se encuentra en equilibrio con El ácido acético se encuentra en equilibrio con su base conjugada (acetato):su base conjugada (acetato):

HH22O + CHO + CH33–COOH –COOH CH CH33–COO–COO– – + H+ H33OO++

ccin in (M)(M) 0,2 0,2 0,2 0 0,2 0

cceq eq (M)(M) 0,2 – x 0,2 – x 0,2 + x x 0,2 + x x

5252

CHCH33–COO–COO– – · · HH33OO++ (0,2+x) · x M (0,2+x) · x M22 1,8 · 1,8 · 1010–5 –5 M = ————————— = ——————M = ————————— = —————— CHCH33–COOH–COOH (0,2 – x) (0,2 – x) MM

De donde se deduce que:De donde se deduce que:

x = x = HH33OO++ = = 1,8 · 101,8 · 10–5 –5 MM

pH = – log pH = – log HH33OO++ = = 4,744,74

5353

Ejercicio:Ejercicio: ¿Cómo variará el pH de la disolución anterior al ¿Cómo variará el pH de la disolución anterior al añadir a un 1 litro de la misma : añadir a un 1 litro de la misma : a)a) 0,01 moles de 0,01 moles de NaOH;NaOH;b)b) 0,01 moles de HCl? 0,01 moles de HCl?

a) a) Al añadir NaOH (NaAl añadir NaOH (Na++ + OH + OH––), se producirá la neutralización del ), se producirá la neutralización del ácido acético:ácido acético:

CHCH33COOH + NaOH COOH + NaOH CH CH33COOCOO–– + Na + Na++ + H + H22OO

Suponiendo que la adición de la base apenas afecta al volumen:Suponiendo que la adición de la base apenas afecta al volumen:[CH[CH33COOH] = (0,2 –0,01)/1 M = 0,19 MCOOH] = (0,2 –0,01)/1 M = 0,19 M

[CH[CH33COOCOO––] = (0,2 + 0,01)/1 M = 0,21 M] = (0,2 + 0,01)/1 M = 0,21 M

HH22O + CHO + CH33–COOH –COOH CH CH33–COO–COO– – + H+ H33OO++

ccin in (M)(M) 0,19 0,19 0,210,21 0 0

cceq eq (M)(M) 0,19 – x 0,19 – x 0,21 + x x 0,21 + x x

5454

(0,21 + x) · x M(0,21 + x) · x M22 1,8 · 1,8 · 1010–5 –5 M = ———————M = ———————

(0,19 – x) (0,19 – x) MM

De donde se deduce que x = De donde se deduce que x = HH33OO++ = = 1,63 · 101,63 · 10–5 –5 MM pH = – log pH = – log HH33OO++ = = 4,794,79

b) b) Al añadir HCl (HAl añadir HCl (H33OO++ + Cl + Cl––), los H), los H33OO++ reaccionarán con los reaccionarán con los CHCH33COOCOO––:: CH CH33COOCOO––+ HCl + HCl CH CH33COOH + ClCOOH + Cl––

[CH[CH33COOH] = (0,2 + 0,01) /1 M = 0,21 MCOOH] = (0,2 + 0,01) /1 M = 0,21 M[CH[CH33COOCOO––] = (0,2 –0,01) /1 M = 0,19 M] = (0,2 –0,01) /1 M = 0,19 M

Repitiendo el proceso obtenemos que pH = Repitiendo el proceso obtenemos que pH = 4,704,70

5555

Indicadores de pH (ácido- base)

Son sustancias que cambian de color al pasar Son sustancias que cambian de color al pasar de la forma ácida a la básica:de la forma ácida a la básica:

HIn + HHIn + H22O O In In–– + H+ H33OO++

forma ácida forma básicaforma ácida forma básica

El cambio de color se considera apreciable El cambio de color se considera apreciable cuando [HIn] > 10·[Incuando [HIn] > 10·[In––] o [HIn]< 1/10·[In] o [HIn]< 1/10·[In––] ]

InIn–– · · HH33OO++ HInHIn KKa a = —————— = —————— H H33OO++ = K = Kaa · · —————— HInHIn InIn––

pH = ppH = pKKa a + log + log InIn–– / / HInHIn = = ppKKa a 1 1

5656

Algunos indicadores de Algunos indicadores de pHpH

IndicadorIndicador Color forma Color forma ácidaácida

Color forma Color forma básicabásica

Zona de viraje Zona de viraje (pH)(pH)

Violeta de Violeta de metilometilo AmarilloAmarillo VioletaVioleta 0-20-2

Rojo CongoRojo Congo AzulAzul RojoRojo 3-53-5

Rojo de metiloRojo de metilo RojoRojo AmarilloAmarillo 4-64-6

TornasolTornasol RojoRojo AzulAzul 6-86-8

FenolftaleínaFenolftaleína IncoloroIncoloro RosaRosa 8-108-10

5757

Valoraciones ácido-baseValoraciones ácido-baseValorar es medir la Valorar es medir la concentración de un concentración de un determinado ácido o determinado ácido o base a partir del base a partir del análisis volumétrico análisis volumétrico de la base o ácido de la base o ácido utilizado en la utilizado en la reacción de reacción de neutralización.neutralización.

5858

Gráfica de valoración de Gráfica de valoración de vinagre con NaOHvinagre con NaOH

Zona de viraje fenolftaleína

20 40 60 V NaOH(ml)

12 10 8642

pH

5959

Valoraciones ácido-base.Valoraciones ácido-base.La neutralización de un ácido/base con una base/ácido de La neutralización de un ácido/base con una base/ácido de concentración conocida se consigue cuando n(OHconcentración conocida se consigue cuando n(OH––) = ) = n(Hn(H33OO++).).

La reacción de neutralización puede escribirse:La reacción de neutralización puede escribirse: b Hb HaaA + a A + a

B(OH)B(OH)bb B BaaAAbb + a + a··b Hb H22OO

En realidad, la sal BEn realidad, la sal BaaAAb b (aB(aBb+ b+ + bA+ bAa–a–) se encuentra disociada, ) se encuentra disociada,

por lo que la única reacción es: por lo que la única reacción es: HH33OO+ + + OH+ OH– – 2 H 2 H22OO

nn(ácido) (ácido) xx a a = = nn(base) (base) xx bb

6060

Valoraciones ácido-baseValoraciones ácido-baseVVácido ácido xx [ácido] [ácido] xx a = V a = Vbase base xx [base] [base] xx b b

Todavía se usa mucho la concentración expresada Todavía se usa mucho la concentración expresada como Normalidad:como Normalidad:

Normalidad = Molaridad Normalidad = Molaridad xx n (H u OH) n (H u OH)

VVácido ácido xx N Nácido ácido = = VVbase base xx N Nbasebase

En el caso de sales procedentes de ácido o base En el caso de sales procedentes de ácido o base débiles debe utilizarse un indicador que vire al pH de débiles debe utilizarse un indicador que vire al pH de la sal resultante de la neutralización.la sal resultante de la neutralización.

6161

Ejemplo:Ejemplo: 100 ml de una disolución de H100 ml de una disolución de H22SOSO4 4 se se

neutralizan con 25 ml de una disolución 2neutralizan con 25 ml de una disolución 2M de M de Al(OH)Al(OH)3 3 ¿Cuál será la [H¿Cuál será la [H22SOSO44]?]?

3 H3 H22SOSO44 + 2 Al(OH) + 2 Al(OH)3 3 3SO 3SO442– 2– +2Al+2Al3+ 3+ + 6 H+ 6 H22OO

25 ml 25 ml xx 2 M2 M xx 3 3 = 100 ml = 100 ml xx MMácido ácido xx 2 2

De donde:De donde: 25 ml 25 ml xx 2 M 2 M xx 3 3 MMácidoácido = ——————— = 0,75 M = ——————— = 0,75 M 100 ml 100 ml xx 2 2

[H[H22SOSO44] = 0,75 M ] = 0,75 M

VVácido ácido xx NNácido ácido = = VVbas bas xx NNbase base ((NNbasebase= 3 = 3 xx M Mbasebase))

100 ml 100 ml xx NNácido ácido = 25 ml = 25 ml xx 6 N 6 N

NNácidoácido = 1,5 N = 1,5 N MMácidoácido= = NNácidoácido/2 = /2 = 0,75 M 0,75 M

6262

Ejemplo:Ejemplo: 100 ml de una disolución de H100 ml de una disolución de H22SOSO4 4 se se

neutralizan con 25 ml de una disolución 2neutralizan con 25 ml de una disolución 2M de M de Al(OH)Al(OH)3 3 ¿Cuál será la [H¿Cuál será la [H22SOSO44]?]?

Podríamos haber calculado n(HPodríamos haber calculado n(H22SOSO44) a partir del cálculo ) a partir del cálculo estequiométrico, pues conocemos estequiométrico, pues conocemos

n(Al(OH)n(Al(OH)33)= V·)= V· M = 25 ml · 2M = 25 ml · 2M = 50 mmolesM = 50 mmoles

3 H3 H22SOSO44 + 2 Al(OH) + 2 Al(OH)3 3 3SO 3SO442– 2– +2Al+2Al3+ 3+ + 6 H+ 6 H22OO

3 mol H3 mol H22SOSO44 2 mol Al(OH) 2 mol Al(OH)3 3

————— = —————— ————— = —————— n(H n(H22SOSO44) ) 50 mmoles 50 mmoles

n(Hn(H22SOSO44) = 75 mmol) = 75 mmol

n (Hn (H22SOSO44)) 75 mmol 75 mmol [H[H22SOSO44]] = ————— = ———— = = ————— = ———— = 0,75 M0,75 M

V(H V(H22SOSO44)) 100 ml 100 ml

6363

Ejercicio D:Ejercicio D: Si 10,1 ml de vinagre han Si 10,1 ml de vinagre han necesitado 50,5 ml de una base 0,2 N para su necesitado 50,5 ml de una base 0,2 N para su

neutralización. a) Cuál será la normalidad del ácido en el neutralización. a) Cuál será la normalidad del ácido en el vinagre; b) Suponiendo que su acidez se debe al ácido vinagre; b) Suponiendo que su acidez se debe al ácido acético (ácido etanoico). ¿Cuál es el porcentaje en peso del acético (ácido etanoico). ¿Cuál es el porcentaje en peso del ácido acético si la densidad del vinagre es de 1,06 g/ml?ácido acético si la densidad del vinagre es de 1,06 g/ml?

a)a) VVácido ácido xx NNácido ácido = = VVbase base xx NNbase base

50,5 ml 50,5 ml xx 0,2 N 0,2 N NNácido ácido = = —————— = —————— = 1 N 1 N MMácido ácido = 1 M= 1 M 10,1 ml 10,1 ml

b)b) Supongamos que tenemos un litro de vinagre:Supongamos que tenemos un litro de vinagre:

m(á. acético) = Molaridad m(á. acético) = Molaridad xx M M xx V = V == 1 mol/L = 1 mol/L xx 60 g/mol 60 g/mol xx 1 L = 60 g 1 L = 60 g

mmsolutosoluto 60 g 60 g %% = = ———— ———— xx 100 = ——— 100 = ——— xx 100 = 100 = 5,66 %5,66 % m mdisolucióndisolución 1060 g1060 g


(Septiembre 97)


(Septiembre 97)

6464

PAUPAUa) Aplicando la teoría de Brönsted-Lowry, explique razonadamente, a) Aplicando la teoría de Brönsted-Lowry, explique razonadamente, utilizando las ecuaciones químicas necesarias, si las siguientes utilizando las ecuaciones químicas necesarias, si las siguientes especies químicas se comportan como ácidos o como bases: NHespecies químicas se comportan como ácidos o como bases: NH33, , CHCH33-COOH, CN-COOH, CN––, HCO, HCO33

––. . b) Señale en cada caso la base o el ácido conjugado.b) Señale en cada caso la base o el ácido conjugado.

A)A)

NHNH33 (g) + H (g) + H22O (l) O (l) NH NH44++ + OH + OH––; ; BaseBase pues captura H pues captura H++..

CHCH33-COOH + H-COOH + H22O (l) O (l) CH CH33-COO-COO–– + OH + OH––; ; ÁcidoÁcido pues cede H pues cede H++..

CNCN–– + H + H22O (l) O (l) HCN + OH HCN + OH––; ; BaseBase pues captura H pues captura H++..

HCOHCO33––+ H+ H22O (l) O (l) H H22COCO33 + OH + OH––; ; BaseBase pues captura H pues captura H++..

HCOHCO33––+ H+ H22O (l) O (l) CO CO33

2–2– + H + H33OO++;; ÁcidoÁcido pues cede H pues cede H++..

b)b)

NHNH44++: Ácido conjugado.: Ácido conjugado.

CHCH33-COO-COO– – : Base conjugada.: Base conjugada.

HCN: Ácido conjugado.HCN: Ácido conjugado.

HH22COCO33: Ácido conjugado.: Ácido conjugado.

COCO332–2–: Base conjugada.: Base conjugada.

6565

PAUPAUCompletar los siguientes equilibrios ácido-base de Brönsted-Completar los siguientes equilibrios ácido-base de Brönsted-Lowry; caracterizando los correspondientes pares ácido-base Lowry; caracterizando los correspondientes pares ácido-base conjugado: conjugado: a) ..... + Ha) ..... + H22O O CO CO33

2–2– + H + H33OO++; ; b) NHb) NH44

++ + OH + OH–– H H22O + ..... ; O + ..... ; c) ..... + Hc) ..... + H22O O H H33OO+ + + SO+ SO44

2–2–

a)a) HCOHCO33–– + H + H22O O CO CO33

2–2– + H + H33OO++

b)b) NHNH44++ + OH + OH– – H H22O + O + NHNH33;;

c)c) HSOHSO44–– + H + H22O O H H33OO+ + + SO+ SO44

2–2–..

6666

PAUPAU A 25ºC una disolución 0,1 M de amoniaco tiene un pH de A 25ºC una disolución 0,1 M de amoniaco tiene un pH de 11,12. Determina la constante de basicidad del amoniaco y la 11,12. Determina la constante de basicidad del amoniaco y la de acidez del ion amonio.de acidez del ion amonio.

pOH = 14 – 11,12 = 2,88 pOH = 14 – 11,12 = 2,88 [OH [OH––] = 1,32 · 10] = 1,32 · 10–3–3 M M

Equilibrio:Equilibrio: NH NH33 (g) + H (g) + H22O (l) O (l) NH NH44++ + OH + OH––;;

cc00 (mol/l) 0,1 0 0 (mol/l) 0,1 0 0

cceqeq (mol/l) 0,1–1,32·10 (mol/l) 0,1–1,32·10–3–3 1,32·10 1,32·10–3–3 1,32·10 1,32·10–3–3

[NH[NH44++]·[OH]·[OH––] (1,32·10] (1,32·10–3–3 M) M)22

KKbb = ––––––––––– = ––––––––––––––– = = ––––––––––– = ––––––––––––––– = 1,76 · 101,76 · 10–5–5 M M

[NH[NH33] (0,1– 1,32·10] (0,1– 1,32·10–3–3) M ) M

KKWW 10 10–14–14 M M22

KKaa(NH(NH44++)) = ––––––– = –––––––––––– = = ––––––– = –––––––––––– = 5,68 · 105,68 · 10–10–10 M M

K Kbb(NH(NH33) 1,76 · 10) 1,76 · 10–5–5 M M

6767

PAUPAUUna disolución 10Una disolución 10–2–2 M de ácido benzoico presenta un grado de M de ácido benzoico presenta un grado de disociación del 8,15 %. Determina: la constante de ionización disociación del 8,15 %. Determina: la constante de ionización del ácido, el pH de la disolución y la concentración del ácido del ácido, el pH de la disolución y la concentración del ácido benzoico sin ionizar en el equilibrio.benzoico sin ionizar en el equilibrio.

Equilibrio:Equilibrio: C C66HH55COOH + HCOOH + H22O O C C66HH55COOCOO–– + H + H33OO++;;

cc00 (mol/l) 0,01 (mol/l) 0,01 0 0 0 0

cceqeq (mol/l) 0,01(1–0,0815) (mol/l) 0,01(1–0,0815) 0,01· 0,0815 0,01· 0,0815 0,01· 0,0815 0,01· 0,0815

[C[C66HH55COOCOO––]·[H]·[H33OO++] (8,15·10] (8,15·10–4–4 M) M)22

KKaa = –––––––––––––––– = –––––––––––– = = –––––––––––––––– = –––––––––––– = 0,177 M0,177 M

[C[C66HH55COOH] 9,185·10COOH] 9,185·10–3–3 M M

pH = –log [HpH = –log [H33OO++] = –log 8,15·10] = –log 8,15·10–4–4 M = M = 3,093,09

6868

PAUPAUCalcula el pH y la molaridad de cada especie química Calcula el pH y la molaridad de cada especie química presente en el equilibrio de ionización del amoniaco 0,15 M: presente en el equilibrio de ionización del amoniaco 0,15 M:

NHNH33(ac)(ac) + H + H22OO(l)(l) NH NH44++(ac)(ac) + OH + OH––. .

KKbb(:NH(:NH33) = 1,8 ) = 1,8 xx 10 10–5–5..Equilibrio:Equilibrio: NH NH33(ac) + H(ac) + H22O (l) O (l) NH NH44

++ + OH + OH––;;

cc00 (mol/l) 0,15 0 0 (mol/l) 0,15 0 0

cceqeq (mol/l) 0,15(1– (mol/l) 0,15(1–) 0,15) 0,15 0,15 0,15

[NH[NH44++]·[OH]·[OH––] 0,15 ] 0,15 22

1,8 · 101,8 · 10–5–5 = ––––––––––– = –––––– = ––––––––––– = –––––– 0,15 0,15 22 = 0,011 = 0,011[NH[NH33] 1–] 1–

[NH[NH44++] = [OH] = [OH––] = 0,15 M · 0,011 = ] = 0,15 M · 0,011 = 1,65·101,65·10–3–3 M M

[NH[NH33] = 0,15(1–0,011) = ] = 0,15(1–0,011) = 0,148 M0,148 M

1010–14–14 M M22

[H[H33OO++] = ––––––––––– = 6,06 · 10] = ––––––––––– = 6,06 · 10–12–12 M M

1,65·10 1,65·10–3–3 M M

pH = –log 6,06 · 10pH = –log 6,06 · 10–12–12 = = 11,2211,22

6969

PAUPAUa) Cómo será el pH de una disolución de 150 ml de NaClO 0,1 a) Cómo será el pH de una disolución de 150 ml de NaClO 0,1 M. M. b).¿Cuánto valdrá? b).¿Cuánto valdrá? KKaa (HClO) 3,2·10 (HClO) 3,2·10–8–8

A)A)

Se produce una hidrólisis básica: ClOSe produce una hidrólisis básica: ClO–– + H + H22O O HClO + OH HClO + OH––; luego el ; luego el pH pH

será básicoserá básico..

B)B)

KKH H = K= KWW/K/Kaa = 10 = 10–14–14/3,2·10/3,2·10–8–8 = 3,125·10 = 3,125·10–7–7

[OH[OH––]]2 2

KKHH = 3,125·10 = 3,125·10–7–7 ––––– ––––– [OH [OH––] = 1,77 · 10] = 1,77 · 10–4–4 M M

0,1 0,1

1010–14–14 M M22

[H[H33OO++] = ––––––––––– = 5,66 · 10] = ––––––––––– = 5,66 · 10–11–11 M M

1,77 · 101,77 · 10–4–4 M M pH = –log 5,66 · 10pH = –log 5,66 · 10–11–11 = = 10,2510,25

7070

PAUPAU a) Calcula el pH de una disolución 0,7 M de KCN sabiendo a) Calcula el pH de una disolución 0,7 M de KCN sabiendo que Kque Ka a de HCN es de 7,2·10de HCN es de 7,2·10–10–10 M. b) ¿Cual será el nuevo pH si a M. b) ¿Cual será el nuevo pH si a ½ litro de la disolución anterior le añadimos ¼ de litro de una ½ litro de la disolución anterior le añadimos ¼ de litro de una disolución 3 Molar de HCN?disolución 3 Molar de HCN? A)A)

KKH H = K= KWW/K/Kaa = 10 = 10–14–14/7,2·10/7,2·10–10–10 = 1,39·10 = 1,39·10–5–5

Reacción de hidrólisis:Reacción de hidrólisis: CN CN–– + H + H22O O HCN + OH HCN + OH––

[OH[OH––]]2 2

KKHH = 1,39·10 = 1,39·10–5–5 ––––– ––––– [OH [OH––] = 3,12 · 10] = 3,12 · 10–3–3 M M

0,7 0,7

1010–14–14 M M22

[H[H33OO++] = ––––––––––– = 3,21·10] = ––––––––––– = 3,21·10–12–12 M M pH = –log 3,21·10 pH = –log 3,21·10–12–12

3,12 · 10 3,12 · 10–3–3 M M = = 11,4911,49

7171

PAUPAU a) Calcula el pH de una disolución 0,7 M de KCN sabiendo a) Calcula el pH de una disolución 0,7 M de KCN sabiendo que Kque Ka a de HCN es de 7,2·10de HCN es de 7,2·10–10–10 M. b) ¿Cual será el nuevo pH si a M. b) ¿Cual será el nuevo pH si a ½ litro de la disolución anterior le añadimos ¼ de litro de una ½ litro de la disolución anterior le añadimos ¼ de litro de una disolución 3 Molar de HCN?disolución 3 Molar de HCN? B)B)

n(CNn(CN––) = 0,5 L · 0,7 mol ·L) = 0,5 L · 0,7 mol ·L–1–1 = 0,35 mol = 0,35 mol

n(HCN) = 0,25 L · 3 mol ·Ln(HCN) = 0,25 L · 3 mol ·L–1–1 = 0,75 mol = 0,75 mol

VVtotal total = 0,5 L + 0,25 L = 0,75 L= 0,5 L + 0,25 L = 0,75 L

Equilibrio: Equilibrio: HCN + H HCN + H22O O CN CN–– + H + H33OO++

cc00 (mol/l) 0,75/0,75 0,35/0,75 0 (mol/l) 0,75/0,75 0,35/0,75 0

cceqeq (mol/l) 1–x 0,4667 + x x (mol/l) 1–x 0,4667 + x x

[CN[CN––]·[H]·[H33OO++] 0,4667 x + x] 0,4667 x + x22

7,2·107,2·10–10–10 = –––––––––––– = –––––––––– = –––––––––––– = –––––––––– x = [H x = [H33OO++] = ] =

[HCN] 1–x[HCN] 1–x x = 1,54·10x = 1,54·10–9–9 M M

pH = –log 1,54·10pH = –log 1,54·10–9–9 = = 8,818,81

7272

PAUPAU a) Calcula el pH de una disolución 0,7 M de KCN sabiendo a) Calcula el pH de una disolución 0,7 M de KCN sabiendo que Kque Ka a de HCN es de 7,2·10de HCN es de 7,2·10–10–10 M. b) ¿Cual será el nuevo pH si a M. b) ¿Cual será el nuevo pH si a ½ litro de la disolución anterior le añadimos ¼ de litro de una ½ litro de la disolución anterior le añadimos ¼ de litro de una disolución 3 Molar de HCN?disolución 3 Molar de HCN? B) (continuación)B) (continuación)

En realidad, en las disoluciones amortiguadoras la modificación En realidad, en las disoluciones amortiguadoras la modificación del equilibrio “x” es muy pequeña comparado tanto con [HCN] del equilibrio “x” es muy pequeña comparado tanto con [HCN] como con [CNcomo con [CN––], y en la ecuación anterior podemos ], y en la ecuación anterior podemos despreciarla frente a éstas:despreciarla frente a éstas:

[HCN] [HCN] 1 1 [H[H33OO++] = K] = Kaa·–––––– = 7,2·10·–––––– = 7,2·10–10–10M· –––––– = 1,54·10M· –––––– = 1,54·10–9–9 M M

[CN [CN––]] 0,4667 0,4667

7373

PAUPAUUna mezcla de 46,3 g de hidróxido de potasio y 27,6 g de hidróxido Una mezcla de 46,3 g de hidróxido de potasio y 27,6 g de hidróxido de sodio puros se disuelve hasta un volumen de 500 cmde sodio puros se disuelve hasta un volumen de 500 cm33. Calcular el . Calcular el volumen de una disolución 0,5 M de ácido sulfúrico que se volumen de una disolución 0,5 M de ácido sulfúrico que se necesitará para neutralizar 30 cmnecesitará para neutralizar 30 cm33 de la disolución alcalina anterior. de la disolución alcalina anterior. Masa atómicas: Na = 23; K = 39; O =1 6; H = 1.Masa atómicas: Na = 23; K = 39; O =1 6; H = 1.

46,3 g 27,6 g46,3 g 27,6 gn (KOH) = –––––––– = 0,825 mol ; n (NaOH) = –––––––– = 0,69 moln (KOH) = –––––––– = 0,825 mol ; n (NaOH) = –––––––– = 0,69 mol

56,1 g/mol 56,1 g/mol 40 g/mol 40 g/mol

n(OHn(OH––) = 0,825 mol + 0,69 mol = 1,515 mol) = 0,825 mol + 0,69 mol = 1,515 mol

1,515 mol 1,515 mol [OH[OH––] = –––––––– = 3,03 mol/l ] = –––––––– = 3,03 mol/l

0,5 L 0,5 L

VVaa · 0,5 M · 2 = 30 cm · 0,5 M · 2 = 30 cm3 3 · 3,03 M · 3,03 M VVaa = 90,9 cm = 90,9 cm33

7474

PAUPAUCalcula el pH de la disolución que se forma cuando se mezclan 1,0 Calcula el pH de la disolución que se forma cuando se mezclan 1,0 litros de amoniaco 0,25 M con 0,400 litros de ácido clorhídrico 0,30 litros de amoniaco 0,25 M con 0,400 litros de ácido clorhídrico 0,30 M. KM. Kbb (amoniaco) = 1,8·10 (amoniaco) = 1,8·10–5–5. .

n(NHn(NH33) = 1,0 L·0,25 mol/L = 0,25 mol; n(HCl) = 0,4 L·0,30 mol/L = 0,12 mol) = 1,0 L·0,25 mol/L = 0,25 mol; n(HCl) = 0,4 L·0,30 mol/L = 0,12 mol

Reacción de neutralización:Reacción de neutralización: NH NH33 + HCl + HCl NH NH44Cl Cl

Se neutralizan 0,12 mol de HCl con 0,12 mol de NHSe neutralizan 0,12 mol de HCl con 0,12 mol de NH33, con lo que queda un , con lo que queda un

exceso de 0,13 mol de NHexceso de 0,13 mol de NH33 en un total de 1,4 litros de disolución. en un total de 1,4 litros de disolución.

Equilibrio:Equilibrio: NH NH33(ac) + H(ac) + H22O (l) O (l) NH NH44++ + OH + OH––;;

cc00 (mol/l) 0,13/1,4 0 0 (mol/l) 0,13/1,4 0 0

cceqeq (mol/l) 0,093 – x x x (mol/l) 0,093 – x x x

[NH[NH44++]·[OH]·[OH––] x] x22

1,8 · 101,8 · 10–5–5 = ––––––––––– = ––––––– = ––––––––––– = ––––––– x = [OH x = [OH––] ] 1,3 ·10 1,3 ·10–3–3 M M [NH [NH33] 0,093 – x ] 0,093 – x

1010–14–14 M M22

[H[H33OO++] = –––––––––– = 7,72 · 10] = –––––––––– = 7,72 · 10–12–12 M M pH = –log 7,72 · 10 pH = –log 7,72 · 10–12–12 = = 1,3 1,3

·10·10–3–3 M M = = 11,111,1

7575

PAUPAUSe desea preparar 200 ml de ácido clorhídrico 0,4 M a partir de un Se desea preparar 200 ml de ácido clorhídrico 0,4 M a partir de un ácido comercial de 1,18 g/ml de densidad y una riqueza del 36,2 % ácido comercial de 1,18 g/ml de densidad y una riqueza del 36,2 % en peso. a) ¿Cuántos ml de ácido comercial se necesitan? b) Calcular en peso. a) ¿Cuántos ml de ácido comercial se necesitan? b) Calcular la molaridad del ácido comercial. c) Calcular el pH obtenido al añadir la molaridad del ácido comercial. c) Calcular el pH obtenido al añadir 15 ml de hidróxido sódico 0,15 M, a 5 ml de ácido clorhídrico 0,4 M. 15 ml de hidróxido sódico 0,15 M, a 5 ml de ácido clorhídrico 0,4 M. d) ¿Cuántos ml de hidróxido sódico 0,15 M neutralizan exactamen te d) ¿Cuántos ml de hidróxido sódico 0,15 M neutralizan exactamen te a 5 ml de ácido clorhídrico 0,4 M? a 5 ml de ácido clorhídrico 0,4 M?

a)a)

n(HCl) = V · [HCl] = 0,200 L · 0,4 mol·Ln(HCl) = V · [HCl] = 0,200 L · 0,4 mol·L–1–1 = 0,080 mol = 0,080 mol

m (HCl) = n · M = 0,080 mol · 36,5 g·molm (HCl) = n · M = 0,080 mol · 36,5 g·mol–1–1 = 2,92 g = 2,92 g

2,92 g2,92 gV = –––––––––––––– = V = –––––––––––––– = 6,84 ml6,84 ml

0,362 ·1,18 g·ml0,362 ·1,18 g·ml-1-1

bb)) m(HCl) %· m m(HCl) %· mdndn 0,362 0,362

[HCl] [HCl]comcom = ––––––––– = –––––––––– = ––––––––– ·1180 g·L = ––––––––– = –––––––––– = ––––––––– ·1180 g·L -1 -1 = = 11,7 M11,7 M

M(HCl)·V M(HCl)·Vdndn M(HCl)· V M(HCl)· Vdndn 36,5 g·mol 36,5 g·mol–1–1

7676

PAUPAU Se disuelven 6,8 g de amoniaco en la cantidad de agua necesaria Se disuelven 6,8 g de amoniaco en la cantidad de agua necesaria para obtener 500 ml de disolución. Calcule: a) El pH de la disolución. para obtener 500 ml de disolución. Calcule: a) El pH de la disolución. b) Qué volumen de ácido sulfúrico 0,10 M se necesitará para b) Qué volumen de ácido sulfúrico 0,10 M se necesitará para neutralizar 20 ml de la disolución anterior. Kneutralizar 20 ml de la disolución anterior. Kbb (amoniaco) = 1,8 10 (amoniaco) = 1,8 10–5–5. . Masas atómicas: N: 14; H: 1.Masas atómicas: N: 14; H: 1.

6,8 g6,8 g [NH [NH33]]00 = ––––––––––––– = 0,8 mol/L = ––––––––––––– = 0,8 mol/L

17 g·mol 17 g·mol–1–1·0,5 L ·0,5 L

Equilibrio:Equilibrio: NH NH33(ac) + H(ac) + H22O (l) O (l) NH NH44++ + OH + OH––;;

cc00 (mol/l) 0,8 (mol/l) 0,8 0 00 0

cceqeq (mol/l) 0,8 – x (mol/l) 0,8 – x x x x x

[NH[NH44++]·[OH]·[OH––] x] x22

1,8 · 101,8 · 10–5–5 = ––––––––––– = ––––––– = ––––––––––– = ––––––– x = [OH x = [OH––] ] 3,8 ·10 3,8 ·10–3–3 M M [NH [NH33] 0,08 – x ] 0,08 – x

pOH = –log 3,8 ·10pOH = –log 3,8 ·10–3–3 M = 2,42 M = 2,42 pH = 14 – 11, 58 = pH = 14 – 11, 58 = 11, 5811, 58

b) b) VVaa · 0,1 M · 2 = 20 ml · 0,8 M · 1 · 0,1 M · 2 = 20 ml · 0,8 M · 1 VVaa = 5 ml = 5 ml

1 Ácido-Base Química 2º Bach. 2 Contenidos 1.- Características de ácidos y bases 2.- Evolución...

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