cuestiones problemas acido base

CUESTIONES
Y
PROBLEMAS
ÁCIDO-BASE
Autor: Tomás Mata García
CUESTIONES
1.- Considere cuatro disoluciones A, B, C y D caracterizadas por:
A: pH = 4 ; B: [OH-] = 10-14 M; C: [H3O+] = 10-7M; D: pOH =5.
a) Ordénelas de menor a mayor acidez.
b) Indique cuáles son ácidas, básicas o neutras.
Solución:
a) D < C < A < B
A: pH=4 ; B: pOH=14 y pH=0 ; C: pH=7 ; D: pOH=5 y pH=9
b) Ácidas: A y B
Básicas: D
Neutras: C
2.- De acuerdo con la teoría de Brönsted y Lowry:
a) Justifique el carácter básico del amoniaco.
b) Explique si el CH3COONa genera pH básico.
c) Razone si la especie HNO2 puede dar lugar a una disolución de pH>7?
Solución:
+
−
a) El amoniaco acepta protones del agua: NH 3 + H 2O U NH 4 + OH
b) El CH3COONa es una sal que proviene de un ácido débil y una base fuerte y
por tanto sufre hidrólisis el ion CH3COO-.
CH 3COONa U CH 3COO − + Na +
CH 3COO − + H 2O U CH 3COOH + OH −
c) El HNO2 es un ácido y se disocia según la ecuación:
HNO2 + H 2O U NO2− + H 3O +
Por tanto las disoluciones tienen carácter ácido y su pH es siempre <7.
3.- De acuerdo con la teoría de Brönsted-Lowry, indique cuáles de las
siguientes especies: HSO4-, HNO3, S=, NH3, H2O y H3O+.
a) Actúan sólo como ácido.
b) Actúan sólo como base.
c) Actúan como ácido y base.
Solución:
a) Actúan sólo como ácido: HNO3 y H3O+
HNO3 + H 2O U NO3− + H 3O +
H 3O + + H 2O U H 2O + H 3O +
b) Actúan sólo como base: S= y NH3
NH 3 + H 2O U NH 4+ + OH −
S = + H 2O U HS − + OH −
c) Actúan como ácido y base: HSO4- y H2O
HSO4− + H 2O U SO4= + H 3O + : Ácido
HSO4− + H 2O U H 2 SO4 + OH − : Base
H 2O + H 2O U H 3O + + OH − : Ácido / Base
4.- Dada la siguiente tabla:
Ácido
CH3COOH
HCN
Base
CH3-NH2
-
Ka
1,8. 10-5
4,9. 10-10
Kb
4,4. 10-4
-
a) Complete la tabla.
b) Ordene según la fuerza relativa, en disolución acuosa, los ácidos y las
bases conjugadas que en ella aparecen.
Solución:
a)
Ácido
CH3COOH
CH3-NH3+
HCN
Base
CH3COOCH3-NH2
CN-
Ka
1,8. 10-5
2,27. 10-11
4,9. 10-10
Kb
5,56. 10-10
4,4. 10-4
2,04. 10-5
b) Ácidos: CH3COOH > HCN > CH3-NH3+
Bases: CH3-NH2 > CN- > CH3COO5.- De las siguientes especies químicas: H3O+; HCO3-; CO3=; H2O; NH3; NH4+,
explique según la teoría de Brönsted-Lowry:
a) Cuáles pueden actuar sólo como ácido.
b) Cuáles sólo como base.
c) Cuáles como ácido y como base.
Solución:
a) Actúan sólo como ácido: NH4+ y H3O+
NH 4+ + H 2O U NH 3 + H 3O +
H 3O + + H 2O U H 2O + H 3O +
b) Actúan sólo como base: CO3= y NH3
NH 3 + H 2O U NH 4+ + OH −
CO3= + H 2O U HCO3− + OH −
c) Actúan como ácido y base: HCO3- y H2O
HCO3− + H 2O U CO3= + H 3O + : Ácido
HCO3− + H 2O U H 2CO3 + OH − : Base
H 2O + H 2O U H 3O + + OH − : Ácido / Base
6.-Para las siguientes sales: NaCl; NH4NO3 y K2CO3.
a) Escriba las ecuaciones químicas correspondientes a su disolución en
agua.
b) Clasifique las disoluciones en ácidas, básicas o neutras.
Solución:
a)
NaCl U Na + + Cl −
NH 4 NO3 U NH 4+ + NO3−
K 2CO3 U 2 K + + CO3=
b) Ácida: NH4NO3:
NH 4 NO3 U NH 4+ + NO3−
NH 4+ + H 2O U NH 3 + H 3O +
Básica: K2CO3:
K 2CO3 U 2 K + + CO3=
CO3= + H 2O U HCO3− + OH −
Neutra: NaCl. No sufre hidrólisis ninguno de los iones en que se disocia.
7.- Complete los siguientes equilibrios ácido-base identificando, de forma
razonada, los pares conjugados:
a) ----- + H2O U CO3= + H3O+
b) NH4+ + OH- U H2O + ----c)
F- + H2O U OH- + ----Solución:
a) HCO3- + H2O U CO3= + H3O+
b) NH4+ + OH- U H2O + NH3
c)
F- + H2O U OH- + HF
8.- Complete los siguientes equilibrios ácido-base e identifique los pares
conjugados, según la teoría de Brönsted-Lowry:
a) CO3= + H3O+ U
b) NH4+ + H2O U
c) NO2- + H2O U
Solución:
a) CO3= + H3O+ U HCO3- + H2O
b) NH4+ + H2O U NH3 + H3O+
c) NO2- + H2O U HNO2 + OH-
9.- El valor del pH de la saliva de una persona es 6,7:
a) ¿La disolución será ácida, básica o neutra?
b) ¿Cuál es la concentración molar de iones hidronios?
c) ¿Cuál es la concentración molar de iones hidróxido en esa disolución?
Solución:
a) Como el pH es menor que 7, la disolución es ácida.
b) [H3O+] = 10-6,7 = 2x10-7 M
c) [OH-] = 1x10-14/2x10-7 = 5x10-8 M
10.- Razone si son ciertas o falsas las siguientes proposiciones para una
disolución 0,1 M de HCl:
a) El pH es igual a 1.
b) [Cl-] = 0,1 M
c) [HCl] = 0,1 M
Solución:
a) Verdadera: El ácido HCl es un ácido fuerte, por tanto estará
completamente disociado: HCl + H2O ⇒ H3O+ + Cl- => [H3O+] = 0,1 M => pH=1
b) Verdadera: Por la misma razón, [Cl-] = 0,1 M
c) Falsa. [HCl] = 0
11.- Razone y, en su caso, ponga un ejemplo si al disolver una sal en agua se
puede obtener:
a) Una disolución de pH básico.
b) Una disolución de pH ácido.
Solución:
a) Se obtienen disoluciones de pH básico cuando las sales provienen de
ácidos débiles y bases fuertes. Ejemplo: K2CO3
K 2CO3 U 2 K + + CO3=
CO3= + H 2O U HCO3− + OH −
b) Se obtienen disoluciones de pH ácido cuando las sales provienen de
ácidos fuerte y bases débiles. Ejemplo: NH4NO3
NH 4 NO3 U NH 4+ + NO3−
NH 4+ + H 2O U NH 3 + H 3O +
12.- De los ácidos débiles HNO2 y HCN, el primero es más fuerte que el
segundo.
a) Escriba sus reacciones de disociación en agua, especificando cuáles
son sus bases conjugadas.
b) Indique, razonadamente, cuál de las dos bases conjugadas es la más
fuerte.
Solución:
a) HNO2 + H2O
ácido1
HCN
ácido1
base2
+ H2O
base2
U NO2- + H3O+
base1
ácido2
U CN-
+ H3O+
base1
ácido2
b) Cuanto más fuerte es un ácido, más débil es su base conjugada; por
tanto la base conjugada del HCN será la más fuerte.
13.- Una muestra de orina de un individuo tiene un pH = 5,70.
a) ¿La disolución será ácida, básica o neutra?.
b) ¿Cuál es la concentración molar de iones hidronios?.
c) ¿Cuáles son la concentración molar de iones hidróxido y el pOH de esa
disolución?.
Solución:
a) Por ser el pH < 7 la disolución es ácida.
b) [H3O+] = 10-5,7 = 2x10-6 M
c) [OH-] = 1x10-14/2x10-6 = 5x10-9 M y pOH = 14 – pH = 14 – 5,7 = 8,3
14.- En 500 mL de una disolución acuosa 0’1 M de NaOH .
a) ¿Cuál es la concentración de OH-?
b) ¿Cuál es la concentración de H3O+?.
c) ¿Cuál es su pH?
Solución:
a)
b)
c)
NaOH ⇒ Na+ + OH- ; [OH-] = 0,1 M
Kw
1⋅10−14
⎡⎣ H 3O + ⎤⎦ =
=
= 10−13 M
0,1
⎡⎣OH − ⎤⎦
pH=-log(10-13) = 13
15.- Complete las siguientes reacciones e indique las sustancias que actúan
como ácido y como base, y sus pares conjugados, según la teoría de Brönsted Lowry.
a) NH4+ + H2O U
b) NH4+ + OH- U
c) H2O + CO3= U
Solución:
El NH4+ actúa como ácido
a) NH4+ + H2O U NH3 + H3O+
b) NH4+ + OH- U NH3 + H2O
El NH4+ actúa como ácido
c) H2O + CO3= U OH- + HCO3- El H2O actúa como ácido
16.- Calcule el pH de una disolución 0,1 M de:
a) Hidróxido de calcio
b) Ácido nítrico
c) Cloruro de calcio
Justifique las respuestas
Solución:
a) Hidróxido de calcio:
Ca(OH)2 ⇒ Ca++ + 2OH-
; [OH-] = 2x 0,1 = 0,2 M
pOH = − log(0, 2) = 0, 7 ⇒ pH = 14 − 0, 7 = 13,3
+
b) Ácido nítrico: HNO3 + H2O ⇒ NO3- + H3O+ ⇒ ⎡⎣ H 3O ⎤⎦ =0,1 M
pH = − log(0,1) = 1
c) Cloruro de calcio: CaCl2 ⇒ Ca++ + 2Cl-
⎡⎣ H 3O + ⎤⎦ =1x10-7 ⇒ pH = − log(10−7 ) = 7
17.- Razone que ocurrirá con el pH cuando:
a) Se añade agua a una disolución de un ácido fuerte.
b) Se añade agua a una disolución de base fuerte.
Solución:
a) Al añadir agua a una disolución de un ácido fuerte, éste se diluye por lo que
la concentración de iones hidronios procedentes de la disociación del ácido
también disminuirá y en consecuencia el pH aumentará.
b) Por el contrario si se añade agua a la disolución de una base fuerte, la
concentración de ésta disminuye, es decir, disminuye la concentración de OH-,
por lo que la concentración de H3O+ aumenta y en consecuencia el pH
disminuirá.
18.- a) ¿Cuál es el pH de 50 mL de una disolución de HCl 0,5 M?
b) Si añadimos agua a los 50 mL de la disolución anterior hasta alcanzar un
volumen de 500 mL, ¿cuál será el nuevo pH?
Solución:
+
a) HCl + H2O ⇒ Cl- + H3O+ ⇒ ⎡⎣ H 3O ⎤⎦ =0,5 M
⇒ pH = − log(0,5) = 0,3
b)
0,5molesHCl
= 0, 025molesHCl
1000mlDisolución
0, 025molesHCl
= 0, 05M
[ HCl ] =
0,5LitrosDisolución
50mlDisolución ×
HCl + H 2O ⇒ Cl- + H 3O + ⇒ ⎡⎣ H 3O + ⎤⎦ =0,05 M
pH=-log(0,05)=1,3
19.- Calcule el pH de la disolución resultante cuando:
a) Se agregan dos gotas de HCl 1 M a un litro de agua.
b) Se mezclan 100 mL de HCl 0,2 M con 50 mL de HCl 0,2 M.
c) Se mezclan 100 mL de HCl 0,3 M con 100 mL de KOH 0,1 M.
Dato: El volumen de una gota es de 0,05 mL.
Solución:
a)
2Gotas = 2 ⋅ 0, 05mLDisolución ×
M=
1molHCl
= 10−4 molesHCl
1000mLDisolución
10−4 molesHCl
nº MolesHCl
=
= 10−4 M
−3
LitrosDisolución (1 + 0,1.10 ) Litros
Como el HCl es un ácido fuerte:
HCl + H2O ⇒ Cl- + H3O+
10-4
10-4M 10-4M
[H3O+] = 10-4M
y pH = -log10-4 = 4
b)
100mLDisolución ×
50mLDisolución ×
0, 2molesHCl
= 0, 02molesHCl
1000mLDisolución
0, 2molesHCl
= 0, 01molesHl
1000mLDisolución
Molaridad (mezcla ) =
(0, 02 + 0, 01)molesHCl
= 0, 2M
0,150 LitrosDisolución
Como el HCl es un ácido fuerte:
HCl + H2O ⇒ Cl- + H3O+
0,2
0,2M 0,2M
[H3O+] = 0,2M
y pH = -log0,2 = 0,7
c)
100mLDisolución ×
0,3molesHCl
= 0, 03molesHCl
1000mLDisolución
100mLDisolución ×
0,1molesKOH
= 0, 01molesKOH
1000mLDisolución
Como se produce la siguiente reacción:
HCl
+
Moles iniciales: 0,03
Moles finales: 0,02
KOH U KCl + H2O
0,01
-
Molaridad del ácido HCl = 0,02 moles/0,2Litros = 0,1 M
Como el HCl es un ácido fuerte:
HCl + H2O ⇒ Cl- + H3O+
0,1
0,1M 0,1M
[H3O+] = 0,1M
y pH = -log0,1 = 1
PROBLEMAS
1.- a) ¿Cuántos gramos de hidróxido de potasio se necesitan para preparar 250
mL de una disolución acuosa de pH = 13?
b) Calcule los mL de una disolución 0,2 M de ácido clorhídrico que serán
necesarios para neutralizar 50 mL de la disolución anterior de hidróxido de
potasio.
Datos: Masas atómicas: K=39,1; O=16; H=1
Solución: MKOH = 56,1 g/mol
Kw
10−14
+
−13
−
−1
⎡
⎤
⎡
⎤
13
10
pH
H
O
OH
=
⇒
=
⇒
=
=
a)
⎣ 3 ⎦
⎣
⎦ ⎡ H O + ⎤ 10−13 = 10 M
⎣ 3 ⎦
Como el hidróxido de potasio es una base fuerte estará totalmente disociada y
como en su disociación se produce: KOH ⇒ K+ + OH- , la concentración de KOH
será igual a la concentración de OH-.
250mLDisolución ×
0,1molesKOH
56,1gramolKOH
×
= 1, 4 gramosKOH
1000mLDisolución
1molesKOH
b) La reacción que tiene lugar es:
50mLDisoluciónKOH ×
= 25mLDisoluciónHCl
KOH + HCl U KCl + H 2O
0,1molesKOH
1molHCl 1000mLDisoluciónHCl
×
×
=
1000mLDisoluciónKOH 1molKOH
0, 2molesHCl
2.- El fluoruro de hidrógeno (HF) es un ácido que en disolución 0,1 M se disocia
en un 10%. Calcule:
a) El pH de la disolución.
b) El valor de la constante de disociación Kb de la base conjugada de
dicho ácido.
Solución: α =10% ⇒ α =0,10
a)
Moles iniciales:
Moles que reaccionan:
Moles formados:
Moles equilibrio:
para una [Co] Inicial:
HF
1
+
H2O
U
α
1-α
Co(1 - α )
F- + H3O+
-
α
α
α
α
Co α
Co α
[H3O+] = Co α = 0,1 M x 0,10 = 0,01 M
pH= - log(0,01) = 2
b)
⎡ F − ⎦⎤ × ⎣⎡ H 3O + ⎦⎤ C α ⋅ C α C α 2 0,1⋅ 0,12
⎣
0
Ka =
= 0
= 0 =
= 1,1⋅10−3
C0 (1 − α ) 1 − α 1 − 0,10
[ HF ]
K w 1 ⋅10−14
K a ⋅ Kb = K w ⇒ Kb =
=
= 9,1⋅10−12
−3
K a 1,1 ⋅10
3.- Cuando se disuelven en agua 2,5 g de ácido "HA" hasta alcanzar un volumen
de 250 mL, el pH de la disolución es igual a 4. Sabiendo que la masa molecular
del ácido es 52,5 g/mol
a) Calcule la constante de disociación.
b) Describa el material de laboratorio y el procedimiento adecuado para
preparar esta disolución.
Solución:
a)
HA +
Concentración Inicial:
C0
Se disocian:
x
Se forman:
Concentración equilibrio: C0 - x
H2 O
U
A- +
x
x
H3O+
x
x
1molHA
= 0, 048molesHA
52,5 gramosHA
0, 048molesHA
Co =
= 0,192M
0, 25LitrosDisolución
2,5 gramosHA ×
Como el pH = 4 ⇒ [H3O+] = 10-4 = x
⎡⎣ A− ⎤⎦ × ⎡⎣ H 3O + ⎤⎦
10−4 )
(
x⋅x
10−8
Ka =
=
=
=
= 5, 21⋅10−8
C0 − x 0,192 − 10−4 0,1919
[ HA]
2
b) Materiales: balanza, vidrio de reloj, espátula, matraz aforado de 250 mL,
embudo, frasco lavador con agua destilada y cuentagotas.
Procedimiento: Se añade al vidrio de reloj la cantidad de ácido requerida. Se
echa el sólido con la ayuda de un embudo en el matraz aforado y se le añade
agua destilada empleando el frasco lavador y se disuelve el ácido, después se
enrasa con agua destilada. Para facilitar el enrase se utiliza el cuentagotas
para añadir las últimas gotas de agua.
4.- Se dispone de una disolución 0,25 M de ácido benzoico(C6H5COOH). La
concentración de iones hidronio en esta disolución es [ H3O+] = 4 ⋅ 10-3 M.
Calcule:
a) La constante de acidez del ácido benzoico.
b) El grado de disociación de la disolución de ácido benzoico.
Solución:
a)
C6H5COOH
Concentración Inicial:
C0
Se disocian:
x
Se forman:
Concentración equilibrio: C0 - x
+ H2O
U C6H5COO- + H3O+
x
x
x
x
⎡C6 H 5COO − ⎦⎤ × ⎣⎡ H 3O + ⎤⎦
4 ⋅10−3 )
(
x⋅x
⎣
Ka =
=
=
= 6,5 ⋅10−5
−4
C0 − x 0, 25 − 4 ⋅10
[C6 H 5COOH ]
2
b)
α = concentración del ácido disociado/concentración inicial del ácido=x/Co
α = 4 ⋅ 10-3/0,25 = 0,016 => α = 1,6%
5.- A 25ºC, la constante del equilibrio: NH3 + H2O U NH4+ + OH- es 1,8 10-5.
Se añaden 7 gramos de amoniaco a la cantidad de agua necesaria para obtener
500 mL, de disolución.
a) Calcule el pH de la disolución.
b) Calcule el grado de disociación del amoniaco.
Masas atómicas: H = 1; N = 14
Solución: MNH3 = 17 g/mol
a)
NH3 +
Concentración Inicial:
C0
Se disocian:
x
Se forman:
Concentración equilibrio: C0 - x
7 gramosNH 3 ×
Co =
H2O U NH4+ + OHx
x
x
x
1molNH 3
= 0, 41molesNH 3
17 gramosNH 3
0, 41molesNH 3
= 0,82 M
0,5 LitrosDisolución
⎡ NH 4+ ⎦⎤ × ⎣⎡OH − ⎦⎤
x⋅ x
x2
⎣
=
=
= 1,8 ⋅10−5
Kb =
C0 − x C0 − x
[ NH 3 ]
Como la constante de equilibrio es del orden de 10-5 Co >>x y por tanto la
ecuación anterior se simplifica y quedaría:
x2
x2
x2
= 1,8 ⋅10−5 ⇒
= 1,8 ⋅10−5 ⇒
= 1,8 ⋅10−5
C0 − x
C0
0,82
x = 0,82 ⋅1,8 ⋅10−5 = 3,84 ⋅10−3
−3
−3
[OH-] = x = 3,84 ⋅10 ⇒ pOH =-log( 3,84 ⋅10 ) =2,4 ⇒ pH = 14 – pOH=14 -2,4 =11.6
b) α = concentración de la base disociado/concentración inicial de la base=x/Co
α = 3,84 ⋅ 10-3/0,82 = 4,68 ⋅ 10-3 => α = 4,68%
6.- El pH de una disolución acuosa 0,1 M de HClO, es 4,2. Calcule:
a) El grado de disociación de la disolución del ácido.
b) La constante de disociación de la base conjugada de dicho ácido.
Solución:
a)
HClO +
Moles iniciales:
1
α
Moles que reaccionan:
Moles formados:
Moles equilibrio:
1-α
para una [Co] Inicial: Co(1 - α )
+
-4,2
[H3O ] = 10
H2O
U
ClO- + H3O+
-
α
α
α
α
Co α
Co α
⎡⎣ H 3O + ⎤⎦ 6,31 ⋅10-5
-5 ⇒
+
⋅
⇒
α
=
=
= 6,31⋅10-4
= 6,31 10
[H3O ] = Co α
0,1
Co
b)
⎡ClO − ⎦⎤ × ⎣⎡ H 3O + ⎦⎤ C0α ⋅ C0α C0α 2 0,1⋅ ( 6,31 ⋅10-4 )
⎣
Ka =
=
=
=
= 3,97 ⋅10−8
-4
1 − 6,31⋅10
C0 (1 − α ) 1 − α
[ HClO ]
2
K a ⋅ Kb = K w ⇒ Kb =
Kw
1 ⋅10−14
=
= 2,52 ⋅10−7
−8
3,97
10
Ka
⋅
7.- a) Calcule los gramos de ácido acético CH3COOH que se deben disolver
para obtener 500 mL de una disolución que tenga un pH = 2,72.
b) Describa el material y el procedimiento a seguir para preparar la disolución
anterior.
Datos: Ka = 1,8. 10-5 Masas atómicas: H = 1; C = 12; O = 16.
Solución: MCH3COOH = 60 g/mol
a)
CH3COOH
Concentración Inicial:
C0
Se disocian:
x
Se forman:
Concentración equilibrio: C0 - x
+ H2O
[H3O+] = 10-2.72 = 1,9 ⋅ 10-3
U CH3COO- + H3O+
x
x
x
x
⇒ [CH3COO-] = 1,9 ⋅ 10-3
⎡⎣CH 3COO − ⎤⎦ × ⎡⎣ H 3O + ⎤⎦
1.9 ⋅10−3 )
(
x⋅x
Ka =
=
=
= 1,8 ⋅10−5
−3
C0 − x Co − 1,9 ⋅10
[CH 3COOH ]
2
Simplificando :
1,8 ⋅10 × Co = (1.9 ⋅10
−5
)
−3 2
(1.9 ⋅10 )
=
−3 2
⇒ Co
1,8 ⋅10−5
= 0, 2M
n º moles
= 0, 2 M ⇒ nº moles = 0, 2 × V = 0, 2mol / L × 0,5 L = 0,1moles
V
60 gramosCH 3COOH
0,1molesCH 3COOH ×
= 6 gramosCH 3COOH
1molesCH 3COOH
Co = [CH 3COOH ] =
b) Materiales: Perilla, matraz aforado de 500 mL, embudo, pipeta, frasco lavador con
agua destilada y cuentagotas.
Procedimiento: El ácido acético concentrado es un líquido. Por tanto a partir de la
densidad y riqueza del frasco que contiene el ácido acético, se determina el volumen
correspondiente a los 6 gramos de ácido. Con una pipeta graduado y con la ayuda de la
perilla, se extrae el volumen necesario de ácido y se vierte en el matraz aforado de
500 mL. A continuación se añade agua hasta la señal de enrase con el frasco lavador
de agua destilada. Para facilitar el enrase se utiliza el cuentagotas para añadir las
últimas gotas de agua.
8.- La codeína es una base monobásica débil cuya constante de disociación Kb
vale 9 ⋅ 10-7. Calcule:
a) El pH de una disolución 0,02 M de codeína.
b) El valor de la constante de acidez del ácido conjugado de la codeína.
Solución:
a)
B +
Concentración Inicial:
C0
Se disocian:
x
Se forman:
Concentración equilibrio: C0 - x
H 2O
U
BH+ +
x
x
OHx
x
⎡ BH + ⎤⎦ × ⎡⎣OH − ⎤⎦
x⋅x
x2
Kb = ⎣
=
=
= 9 ⋅10−7
C0 − x C0 − x
[ B]
Simplificando :
x 2 = Co × 9 ⋅10−7 = 0, 02 × 9 ⋅10−7 = 1,8 ⋅10−8 ⇒ x = 1,8 ⋅10−8 = 1,34 ⋅10−4 M
⎡⎣OH − ⎤⎦ = 1,34 ⋅10−4 M ⇒ pOH = − log(1,34 ⋅10−4 ) = 3,87 ⇒ pH = 14 − 3,87 = 10,13
b)
K w 1 ⋅10−14
=
= 1,1 ⋅10−8
K a ⋅ Kb = K w ⇒ K a =
−7
K b 9 ⋅10
9. Calcule:
a) El pH de una disolución 0,1 M de ácido acético, CH3COOH, cuyo grado de
disociación es 1,33%.
b) La constante Ka del ácido acético.
Solución: α =0,0133
a)
CH3COOH
Moles iniciales:
1
α
Moles que reaccionan:
Moles formados:
Moles equilibrio:
1-α
para una [Co] Inicial: Co(1 - α )
+
H 2O
U
CH3COO- + H3O+
-
α
α
α
α
Co α
Co α
[H3O+] = Co α = 0,1 x 0,0133 = 0,00133 M ⇒ pH = -log(0,00133) = 2,88
b)
⎡⎣CH 3COO − ⎤⎦ × ⎡⎣ H 3O + ⎤⎦ C α ⋅ C α C α 2 0,1⋅ ( 0,0133)2
0
= 0
= 0 =
= 1, 79 ⋅10−5
Ka =
C0 (1 − α ) 1 − α
1 − 0, 0133
[CH 3COOH ]
10.- En 500 mL de agua se disuelven 3 gramos de CH3COOH. Calcule:
a) El pH de la disolución.
b) El porcentaje de ácido disociado.
Datos: Masas atómicas: C=12; O=16; H=1; Ka=1,8. 10-5
Solución: MCH3COOH = 60 g/mol
a)
CH3COOH
Concentración Inicial:
C0
Se disocian:
x
Se forman:
Concentración equilibrio: C0 - x
3 gramosCH 3COOH ×
Co =
+ H2O
U CH3COO- + H3O+
x
x
x
x
1molCH 3COOH
= 0, 05molesCH 3COOH
60 gramosCH 3COOH
0, 05molesCH 3COOH
= 0,1M
0,5 LitrosDisolución
⎡⎣CH 3COO − ⎤⎦ × ⎡⎣ H 3O + ⎤⎦
x⋅x
x2
Ka =
=
=
= 1,8 ⋅10−5
0,1
CH
COOH
C
x
x
−
−
[ 3
]
0
Simplificando :
x 2 = 0,1⋅1,8 ⋅10−5 = 1,8 ⋅10−6 ⇒ x = 1,8 ⋅10−6 = 1,34 ⋅10−3
pH = − log(1,34 ⋅10−3 ) = 2,87
b) % disociado =
1,34 ⋅10−3
× 100 = 1,34%
0,1
11. Se disuelven 23 g de ácido metanoico, HCOOH, en agua hasta obtener 10
litros de disolución. La concentración de iones H3O+ es 0,003 M. Calcule:
a) El pH de la disolución y el grado de disociación.
b) La constante Ka del ácido.
Datos: Masas atómicas: H = 1; C = 12; O = 16.
Solución: MHCOOH = 46 g/mol
a)
HCOOH +
Moles iniciales:
1
α
Moles que reaccionan:
Moles formados:
Moles equilibrio:
1-α
para una [Co] Inicial: Co(1 - α )
H 2O
U
HCOO- + H3O+
-
α
α
α
α
Co α
Co α
1molHCOOH
= 0,5molesHCOOH
46 gramosHCOOH
0,5molesHCOOH
Co =
= 0, 05M
10 LitrosDisolución
23gramosHCOOH ×
[H3O+] = 0,003 M ⇒ pH = - log(0,003) = 2,52
[H3O+] = Co α =0,05 x α = 0,003 ⇒ α = 0,003/0,05 = 0,06
b)
⎡ HCOO − ⎦⎤ × ⎣⎡ H 3O + ⎤⎦ C α ⋅ C α C α 2 0, 05 ⋅ ( 0,06 )2
⎣
0
Ka =
= 0
= 0 =
= 1,91⋅10−4
α
α
(1
)
1
1
0,
06
HCOOH
C
−
−
−
[
]
0
12.- El fenol, C6H5OH, es un ácido monoprótico débil. Se preparan 2 Litros de
disolución de fenol, disolviendo 0,385 gramos de la sustancia en agua,
obteniéndose un valor de pH de 6,29. Calcule:
a) El valor de la constante de disociación del fenol.
b) El grado de disociación del fenol a esa concentración.
Datos: Masas atómicas: H = 1; C = 12; O = 16.
Solución: MC6H5OH = 94 g/mol
a)
C6H5OH + H2O
Concentración Inicial:
C0
Se disocian:
x
Se forman:
Concentración equilibrio: C0 - x
0,385 gramosC6 H 5OH ×
Co =
U
C6H5O- + H3O+
x
x
x
x
1molC6 H 5OH
= 4,1×10−3 molesC6 H 5OH
94 gramosC6 H 5OH
4,1× 10−3 molesC6 H 5OH
= 2, 05 ×10−3 M
2 LitrosDisolución
[H3O+] = 10-6,29 = 5,13 ⋅ 10-7
⎡C6 H 5O − ⎤⎦ × ⎡⎣ H 3O + ⎤⎦
(5,13 ⋅10−7 ) 2
x⋅ x
Ka = ⎣
=
=
= 1, 28 ⋅10−10
−3
−7
C0 − x 2, 05 ×10 − 5,13 ⋅10
[C6 H 5OH ]
b) α = concentración del ácido disociado/concentración inicial del ácido = x/Co
α = 5,13 ⋅ 10-7/2,05 ⋅ 10-3 = 2,5 ⋅ 10-4 => α = 0,025%
13.- Disponemos de dos recipientes: uno, contiene 15 mL de HCl cuya
concentración es 0,05 M y otro, 15 mL de CH3COOH de concentración 0,05 M.
Calcule: a) El pH de cada una de las disoluciones.
b) ¿Qué cantidad de agua se deberá añadir a la disolución más ácida
para que el pH de las dos disoluciones sea el mismo.
Dato: Ka=1,8. 10-5 (CH3COOH)
Solución:
a) HCl + H2O
⇒ Cl- + H3O+ ; [H3O+] = 0,05 ⇒ pH = - log(0,05) = 1,3
CH3COOH
Concentración Inicial:
C0
Se disocian:
x
Se forman:
Concentración equilibrio: C0 - x
+ H2O
U CH3COO- + H3O+
x
x
x
x
⎡⎣CH 3COO − ⎤⎦ × ⎡⎣ H 3O + ⎤⎦
x⋅ x
x2
Ka =
=
=
= 1,8 ⋅10−5
C0 − x 0, 05 − x
[CH 3COOH ]
Simplificando :
x 2 = 0, 05 ⋅1,8 ⋅10−5 = 9 ⋅10−7 ⇒ x = 9 ⋅10−7 = 9,5 ⋅10−4
pH = − log(9,5 ⋅10−4 ) = 3, 02
b) Como en la disolución de ácido acético la concentración de iones hidronios es
9,5 ⋅10−4 , para que la disolución de ácido clorhídrico tenga el mismo pH, es
−4
necesario que la [HCl] sea igual a 9,5 ⋅10 .
15mLDisoluciónHCl ×
0, 05molesHCl
= 7,5 ⋅10−4 molesHCl
1000mLDisoluciónHCl
7,5 ⋅10−4 molesHCl
7,5 ⋅10−4 molesHCl
⇒V =
= 0, 789 Litros = 789mL
9,5 ⋅10−4 M
VLitros
Volumen( H 2O ) = 789mL − 15mL = 774mL( H 2O )
[ HCl ] = 9,5 ⋅10−4 M =
14.- Al disolver 0’23 g de HCOOH en 50 mL de agua se obtiene una disolución
de pH igual a 2’3. Calcule:
a) La constante de disociación de dicho ácido.
b) El grado de disociación del mismo.
Datos: Masas atómicas: C = 12; O = 16; H = 1.
Solución: MHCOOH = 46 g/mol
a)
HCOOH
Concentración Inicial:
C0
Se disocian:
x
Se forman:
Concentración equilibrio: C0 - x
+ H2O
U
HCOO- + H3O+
x
x
x
x
1molHCOOH
= 0, 005molesHCOOH
46 gramosHCOOH
0, 005molesHCOOH
Co =
= 0,1M
0, 050 LitrosDisolución
0, 23gramosHCOOH ×
pH=2,3 ⇒ [H3O+] = 10-2,3 = 5 ⋅ 10-3
⎡ HCOO − ⎦⎤ × ⎣⎡ H 3O + ⎤⎦
(5 ⋅10−3 ) 2
x⋅ x
Ka = ⎣
=
=
= 2, 6 ⋅10−4
−3
C0 − x 0,1 − 5 ⋅10
[ HCOOH ]
b) α = concentración del ácido disociado/concentración inicial del ácido = x/Co
α = 5 ⋅ 10-3/0,1 = 5 ⋅ 10-2 => α = 5%
15.- Una disolución 0,03 M de amoniaco está disociada un 1,82%. Calcule:
a) La constante de disociación de la base.
b) ¿Qué cantidad de agua habría que añadir a 100 mL de dicha disolución
para que el pH resultante fuera 10,5?
Solución:
a)
NH3 +
Concentración Inicial:
C0
Se disocian:
x
Se forman:
Concentración equilibrio: C0 - x
C0(1- α )
[ ] en función de α :
H2O U NH4+ + OHx
x
x
x
C0 α
C0 α
⎡⎣ NH 4+ ⎤⎦ × ⎡⎣OH − ⎤⎦ C α ⋅ C α C α 2 0, 03 ⋅ ( 0,0182 )2
0
Kb =
= 0
= 0 =
= 1, 01⋅10−5
1 − 0, 0182
C0 (1 − α ) 1 − α
[ NH 3 ]
b) Si pH = 10,5 ⇒ pOH = 14 – pH = 14 – 10,5 = 3,5 ⇒ [OH-] = 3,16 ⋅ 10-4
⎡ NH 4+ ⎦⎤ × ⎣⎡OH − ⎦⎤
x⋅ x
x2
⎣
Kb =
=
=
= 1, 01⋅10−5
C0 − x C0 − x
[ NH 3 ]
Simplificando :
( 3,16 ⋅10
x2
= 1, 01 ⋅10−5 ⇒
C0
C0
)
−4 2
9,9 ⋅10−8
= 1, 01⋅10 ⇒ C0 =
= 9,9 ⋅10−3 M
−5
1, 01⋅10
−5
Concentración del amoniaco:
100mLDisoluciónNH 3 ×
0, 03molesNH 3
= 3 ⋅10−3 molesNH 3
1000mLDisoluciónNH 3
3 ⋅10−3 molesNH 3
3 ⋅10−3 molesNH 3
⇒V =
= 0,303Litros = 303mL
VLitros
9,9 ⋅10−3 M
Volumen( H 2O ) = 303mL − 100mL = 203mL( H 2O )
[ NH 3 ] = 9,9 ⋅10−3 M =
16.- a) Escriba la reacción de neutralización entre Ca(OH)2 y HCl.
b) ¿Qué volumen de una disolución 0’2 M de Ca(OH)2 se necesitará para
neutralizar 50 mL de una disolución 0’1 M de HCl?
c) Describa el procedimiento e indique el material necesario para llevar a
cabo la valoración anterior.
Solución:
a)
Ca(OH)2 + 2HCl U CaCl2 + 2H2O
b)
50mLDisoluciónHCl ×
1molCa (OH ) 2 1000mLDisoluciónCa (OH ) 2
0,1molesHCl
×
×
=
1000mLDisoluciónHCl
2molesHCl
0, 2molesCa (OH ) 2
= 12,5mLDisoluciónCa (OH ) 2
c) Material necesario: Erlenmeyer,vaso de precipitado, bureta, pipeta, embudo
pequeño e indicador ácido-base.
Procedimiento: Se llena con cuidado y con el embudo pequeño la bureta con
la disolución de hidróxido de calcio hasta 2 ó 3 cm por encima del enrase de la
bureta. Se abre la llave de la bureta dejando caer lentamente gota a gota la
disolución sobre un vaso de precipitado hasta enrasarla de forma correcta.
Se coloca en un erlenmeyer los 50 mL de la disolución de ácido HCl con unas
gotas de indicador(fenolftaleina), debajo de la bureta. Se añade lentamente
desde la bureta la disolución de hidróxido y se agita continuamente el
erlenmeyer. La valoración termina cuando la disolución adquiere un color
rosado.
17.- El pH de 1 Litro de disolución de hidróxido de litio es 13. Calcule:
a) Los gramos de hidróxido utilizados en prepararla.
b) El volumen de agua que hay que añadir a 1 Litro de la disolución
anterior para que su pH sea de 12.
Datos: Masas atómicas: Li=6,9; O=16; H=1
Solución: MLiOH = 23,9 g/mol
a) Como es una base fuerte está completamente disociada: LiOH ⇒ Li+ + OHSi pH =13 ⇒ pOH = 14 – pH = 14 – 13 = 1 ⇒ [OH-] = 10-1 = 0,1 M
1LDisoluciónLiOH ×
0,1molesLiOH
23,9 gramosLiOH
×
= 2,39 gramosLiOH
1LDisoluciónLiOH
1molesLiOH
b) Si pH =12 ⇒ pOH = 14 – pH = 14 – 12 = 2 ⇒ [OH-] = 10-2 = 0,01 M =[LiOH]
1LDisoluciónLiOH ×
[ LiOH ] =
0,1molesLiOH
= 0,1molesLiOH
1LDisoluciónLiOH
0,1molesLiOH
0,1moles
= 0, 01M ⇒ V =
= 10 Litros
0, 01M
VLitrosDisolución
Volumen( H 2O) = 10 Litros − 1Litro = 9 Litros ( H 2O)
18.- a) ¿Cuál es el pH de 100 mL de una disolución acuosa de NaOH 0’01 M?
b) Si añadimos agua a la disolución anterior hasta un volumen de un litro,
¿cuál será su pH?
Solución:
a) Como es una base fuerte está completamente disociada: NaOH ⇒ Na+ + OH-
[OH-] = 0,01 M = 10-2 M ⇒ pOH = - log(OH-) = - log(10-2) = 2
pH = 14 – pOH = 14 – 2 = 12
b)
100mLDisolución ×
[ NaOH ] =
0, 01molesNaOH
= 0, 001molesNaOH
1000mLDisolución
0, 001molesNaOH
= 0, 001M ⇒ ⎡⎣OH − ⎤⎦ = 0, 001M
1LitroDisolución
pOH = − log(OH − ) = − log(0, 001) = 3 ⇒ pH = 14 − 3 = 11