GUÍA N 5: Soluciones Buffer o amortiguadoras

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1 1 PRIMERA PARTE: Ejercicios de desarrollo. 1.- Defina los siguientes términos: a) Buffer ácido b) Buffer básico c) Buffer salino d) Concentración de un buffer e) Rango de amortiguación f) Capacidad amortiguadora GUÍA N 5: Soluciones Buffer o amortiguadoras 2.- Especifique cuál de los siguientes sistemas pueden clasificarse como solución amortiguadores: a) HCl y KCl b) HF (Ka = 6,8 x 10-4 ) y NaF c) HCN (Ka = 4,9 x ) y NaNO 2 d) H 3 PO 4 (Ka 1 = 6,9 x 10-3 ) y NaH 2 PO 4 (Ka 2 = 6,2 x 10-8 ) e) NH 3 (Kb = 1,8 x 10-5 ) y NH 4 NO Cuál de las siguientes soluciones amortiguadoras es más eficaz, es decir tiene mayor capacidad amortiguadora: Buffer acetato 0,5 M o buffer acetato 0,1 M. Justifique. 4.- Se preparan 100 ml de una solución buffer acetato de concentración 0,1 M cuyo ph es 4,75. Esta solución es diluida a un volumen final de 1000 ml. Cuál será el ph de la solución resultante? Explique. 5.- Cual es el rango de amortiguación para las siguientes soluciones buffer: a) Solución buffer formada por ácido fluorhídrico (HF) 0,24 M (Ka = 6,8 x 10-4 ) y fluoruro de potasio (KF) 0,24 M. b) Solución buffer formada por ácido acético 0,24 M (Ka = 1,8 x 10-5 ) y acetato de sodio 0,32 M. c) Solución buffer formada por ácido cianhídrico (HCN) 0,32 M (Ka = 4,9 x ) y cianuro de potasio (KCN) 0,24 M. d) Solución buffer formada por bicarbonato de sodio (NaHCO 3 ) 0,24 M (Ka = 4,8 x ) y ácido carbónico (H 2 CO 3 ) 0,32 M (Ka = 4,5 x 10-7 ). 6.- Cual es el ph para las siguientes soluciones buffer: a) Solución buffer formada por ácido fluorhídrico (HF) 0,24 M (Ka = 6,8 x 10-4 ) y fluoruro de potasio (KF) 0,24 M. b) Solución buffer formada por ácido acético 0,24 M (Ka = 1,8 x 10-5 ) y acetato de sodio 0,32 M. c) Solución buffer formada por ácido cianhídrico (HCN) 0,32 M (Ka = 4,9 x ) y cianuro de potasio (KCN) 0,24 M. d) Solución buffer formada por bicarbonato de sodio (NaHCO 3 ) 0,24 M (Ka = 4,8 x ) y ácido carbónico (H 2 CO 3 ) 0,32 M (Ka = 4,5 x 10-7 ).

2 2 7.- Como es la capacidad amortiguadora para las siguientes soluciones buffer: a) Solución buffer formada por ácido fluorhídrico 0,24 M (Ka = 6,8 x 10-4 ) y fluoruro de potasio 0,24 M. b) Solución buffer formada por ácido acético 0,24 M (Ka = 1,8 x 10-5 ) y acetato de sodio 0,32 M. c) Solución buffer formada por ácido cianhídrico 0,32 M (Ka = 4,9 x ) y cianuro de potasio 0,24 M. 8.- Si se prepara una solución buffer mezclando 50 ml de solución de ácido acético 1,0 M (y 50 ml de una solución de acetato de sodio 1,0 M. (pka = 4,75) Considerando volúmenes aditivos, señale: a) Cuál es el rango de amortiguación b) Cuál es la concentración de la sal en el buffer c) Cuál es la concentración del ácido en el buffer d) Cuál es la concentración del buffer e) Cuál es el ph de la solución buffer f) Cuantas unidades de ph hacia el lado ácido es capaz de neutralizar g) Cuantas unidades de ph hacia el lado básico es capaz de neutralizar 9.- Si se prepara una solución buffer mezclando 500 ml de ácido carbónico (H 2 CO 3 ) 0,4 M, cuyo pka es 6,4 y 500 ml de NaHCO M, entonces: a) Cuál es el ph de la solución preparada. b) Cuál es el rango de amortiguación de esta solución buffer c) Cuál el número de unidades de ph que es capaz de regular hacia el lado acido. d) Cuál el número de unidades de ph que es capaz de regular hacia el lado básico. e) Como es la capacidad amortiguadora de esta solución buffer. Explique. f) Cuál es la concentración del buffer preparado Se desea preparar 100 ml de una solución buffer 0,15 M y ph = 3,05. Para tal efecto se cuenta con una solución 0,50 M de ácido nitroso, HNO 2, (Ka = 5, ) y una solución 0,40 M de nitrito de sodio, NaNO 2. Al respecto señale: a) Cuál es el rango de amortiguación de este buffer. b) Cuál es la relación sal/ácido para este buffer. c) Como es su capacidad amortiguadora. Explique. d) Cuál es la concentración del ácido en la solución buffer e) Cuál es la concentración de la sal en la solución buffer f) Determine el volumen, en mililitros, de la solución de ácido que necesita para preparar dicho buffer. g) Determine el volumen, en mililitros, de la solución de sal que necesita para preparar dicho buffer El ph del plasma sanguíneo es 7,38. Suponiendo que el sistema amortiguador principal esta compuesto por las especies ácido carbónico (H 2 CO 3 ) (Ka = 4, ) y bicarbonato de sodio (NaHCO 3 ) (Ka = 4, ) determine: a) La relación [NaHCO 3 ]/[H 2 CO 3 ]. b) Si la solución amortiguadora es más eficaz para ácido o para base. Explique

3 Si se desea preparar una solución buffer de ph = 3,52, cual de las siguientes combinaciones sería la más recomendable: a) Ácido acético (CH3COOH) pka = 4,74 y acetato de sodio (CH3COONa) b) Ácido fórmico (HCOOH) pka = 3,75 y formiato de potasio (HCOOK) c) Ácido hipocloroso (HClO) pka = 7,53 y hipoclorito de sodio (NaClO) d) Ácido cianhídrico (HCN) pka = 9,31 y cianuro de sodio (NaCN) e) Ácido nitroso (HNO 2 ) pka = 3,29 y nitrito de sodio (NaNO 2 ) 13.- Si se desea preparar una solución buffer tenga mayor capacidad amortiguadora para protones, cual de las siguientes combinaciones sería la más recomendable: a) 50 ml de Ácido cianhídrico (HCN) 0,15M pka = 9,31 y 50 ml cianuro de sodio (NaCN) 0,15M. Considere volúmenes aditivos. b) 50 ml de Ácido cianhídrico (HCN) 0,15M pka = 9,31 y 25 ml cianuro de sodio (NaCN) 0,15M. Considere volúmenes aditivos. c) 25 ml de Ácido cianhídrico (HCN) 0,15M pka = 9,31 y 50 ml cianuro de sodio (NaCN) 0,15M. Considere volúmenes aditivos Considerando volúmenes aditivos. Determine el ph de una solución formada por: a) 50 ml de una disolución 0,20 M de ácido fluorhídrico (Ka = 6,75 x 10-4 ) y 50 ml de una disolución 0,40 M de fluoruro de sodio. b) 100 ml de una disolución 0,20 M de ácido fluorhídrico (Ka = 6,75 x 10-4 ) y 50 ml de una disolución 0,40 M de fluoruro de sodio. c) 20 ml de una disolución 0,20 M de ácido fluorhídrico (Ka = 6,75 x 10-4 ) y 50 ml de una disolución 0,40 M de fluoruro de sodio. d) 50 ml de una disolución 0,20 M de fosfato diácido de potasio (Ka = 1,10 x 10-2 ) y 50 ml de una disolución 0,20 M de fosfato ácido de sodio (Ka = 7,59 x 10-8 ). e) 20 ml de una solución 0,10 M de ácido fluorhídrico (Ka = 6,75 x 10-4 ) y 10 ml de una solución de hidróxido de sodio 0,10 M. f) 50 ml de una solución 0,20 M de Tris hidroximetil aminometano (Kb = 1,38 x 10-6 ) y 22 ml de una solución de ácido clorhídrico 0,20 M.

4 4 RESPUESTAS 5.- a) 2,17 a 4,17 b) 3,75 a 5,75 c) 8,31 a 10,31 d) 5,35 a 7, a) ph = 3,17 b) ph = 4,87 c) ph = 9,19 d) ph = 6, a) Máxima capacidad amortiguadora b) Mejor capacidad amortiguadora para ácidos c) Mejor capacidad amortiguadora para bases 8.- a) 3,35 a 5,75 b) 0,5 M c) 0,5 M d) 1,0 M e) 4,75 f) 1 unidad de ph g) 1 unidad de ph 9.- a) 6,10 b) 5,40 a 7,40 c) 0,7 unidad de ph d) 1,3 unidad de ph e) Mejor capacidad amortiguadora para bases f) 0,3 M 10.- a) 2,29 a 4,29 b) 0,58 c) Mejor capacidad amortiguadora para bases d) 0,0949 M e) 0,0551 M f) 18,98 ml de HNO 2 0,50M g) 13,78 ml de NaNO 2 0,4 M 11.- a) relación sal/ácido = 10 b) Mejor capacidad amortiguadora para ácido, ya que, ph > pka 12.- La letras b y e son correctas 13.- La letra c es correcta 14.- a) ph = 3,47 b) ph = 3,17 c) ph = 3,87 d) ph = 1,96 e) ph = 3,17 f) ph = 8,25

5 2 SEGUNDA PARTE: Ejercicios de tipo Prueba. 1.- Con relación a la solución buffer acido es verdadero afirmar que: I.- II.- III.- Si son diluidas, su ph no varía significativamente Si se añaden grandes cantidades de soluciones ácidas su ph se mantiene constante Se preparan con ácidos fuertes con su correspondiente base conjugada a) Sólo I b) Sólo II c) Sólo III d) I y II e) I y III 2.- Al agregar 1 ml de ácido clorhídrico 0,01 M a una solución buffer ácido se puede observar que: I.- II.- III.- Reacciona con el componente básico del buffer Aumenta la concentración de ácido del buffer Disminuye la concentración de la sal del buffer a) Solo I c) I y III d) I, II y III e) Ninguna de las alternativas anteriores 3.- Si Usted desea preparar una solución buffer cuyo ph sea 4,00. Determine cuál de las siguientes combinaciones sería la más recomendable: a) Ácido cloroacético pka = 2,85 más cloroacetato de potasio b) Ácido benzoico pka = 4,19 más ácido láctico pka = 3,86 c) Ácido láctico pka = 3,86 más cloruro de sodio d) Ácido benzoico pka = 4,19 más benzoato de sodio e) Amoniaco pkb = 4,74 más cloruro de amonio 4.- Si en una solución buffer, la concentración de la sal es 0,2 M y la concentración del ácido es 0,2 M (pka = 10,25). Con relación a esta información es cierto afirmar que: I.- La concentración del buffer es 0,4 M II.- El ph será igual al pka III.- El rango de amortiguación de este buffer tiene como límites 9,25 y 11,25 a) II y III c) Sólo I d) I y III e) I, II y III

6 3 5.- Señale la alternativa que se cumple cuando se agrega 1 ml de HCl 0,1 M de ácido a una solución buffer ácido. Considere que el volumen de la solución no cambia. I.- Disminuye la concentración de la sal en el buffer II.- Cambia el rango de amortiguación III.- Aumenta la concentración del ácido en el buffer a) Sólo II c) I y III d) II y III e) I, II y III 6.- Se preparo un buffer acetato mezclando 50 ml de acetato de sodio 0,2 M y 50 ml de ácido acético 0,1 M (Ka = 1, ). Considerando volúmenes aditivos, el ph de la solución buffer es: a) 4,75 b) 4,45 c) 5,05 d) 0,30 e) No se puede determinar 7.- Se prepara una solución buffer agregando 0,150 mol de acetato de sodio sólido (CH 3 COONa) a 200mL de una solución de ácido acético (CH 3 COOH) 1,50 M. Si la Ka = 1, y considerando que el volumen de solución no cambia, el ph de la solución resultante es: a) 4,45 b) 5,05 c) 3,75 d) 5,75 e) 4, Una solución buffer ácido se puede preparar: a) Al mezclar un ácido fuerte con su sal derivada b) Al realizar una neutralización completa de un ácido débil con una base fuerte c) Al realizar una neutralización completa de un ácido débil con una base débil d) Al mezclar una base débil con su sal derivada e) Al mezclar un ácido débil con su sal derivada 9.- Cuál es el ph de una solución de buffer acetato, que tiene una concentración de acetato de sodio (CH 3 COONa) de 0,20 M y de ácido acético (CH 3 COOH) de 0,15 M (Ka = 1,78 x 10-5 ). a) 4,63 b) 0,09 c) 4,12 d) 4,66 e) 4,87

7 Se prepara una solución buffer mezclando 20 ml de Ácido Carbónico 0,1M (H 2 CO 3 ) cuyo pka es 6,38 con 20 ml de solución de Bicarbonato de sodio 0,3 M (NaHCO 3 ). Considerando volúmenes aditivos determine cual o cuales de las siguientes alternativas es o son verdaderas. I.- La capacidad amortiguadora es mejor para ácidos. II.- El ph de la solución resultante es 6,38 III.- El componente básico de este buffer es NaHCO 3 a) Sólo II b) Sólo III c) I y II d) I y III e) I, II y III 11.- El ph de una solución buffer ácido de concentración 0,5 M es 10,35, si se sabe que el pka de esta solución es 10,25. Señale cual es la relación sal/acido: a) 1,00 b) 1,26 c) 0,79 d) 0,15 e) 0, Con respecto de las siguientes soluciones buffer acetato (pka=4,75) es correcto: Solución A: concentración 0,5 M y ph =4,75 Solución B: concentración 0,1 M y ph =4,75 a) La solución A tiene mejor capacidad amortiguadora que la solución B b) La solución B tiene mejor capacidad amortiguadora que la solución A c) Ambas soluciones tienen igual capacidad amortiguadora y es máxima d) La solución A tiene un rango de amortiguación mayor que la solución B e) La solución B tiene un rango de amortiguación mayor que la solución A 13.- En relación con las propiedades de las soluciones amortiguadoras es cierto afirmar que: I.- II.- III.- La dilución moderada de esta solución no altera la relación (sal / ácido) del buffer. La adición de pequeñas cantidades de ácidos o bases fuertes a estas soluciones, no altera significativamente su ph Entre más concentrada sea una solución buffer menor será su capacidad amortiguadora a) Sólo II c) I y III d) II y III e) Ninguna de las alternativas anteriores

8 Señale la alternativa que se cumple cuando se agrega 1 ml de NaOH 0,01 M a 250 ml de una solución buffer ácido. Considere que el volumen de la solución no cambia. I. Disminuye la concentración de la sal en el buffer y aumenta la concentración del ácido en el buffer. II. Aumenta la concentración de la sal en el buffer y disminuye la concentración del ácido en el buffer. III. Cambia el rango de amortiguadora del buffer. a) Sólo II c) I y III d) II y III e) Ninguna de las alternativas anteriores 15.- Como es la capacidad amortiguadora de una solución buffer de fluoruro, si la concentración del acido fluorhídrico (HF) es 0,12 M (pka = 3,17) y la concentración del fluoruro de potasio (NaF) es 0,06 M. a) Tiene una máxima capacidad amortiguadora b) Tiene mejor capacidad amortiguadora para ácidos. c) Tiene mejor capacidad amortiguadora para bases. d) Tiene mejor capacidad amortiguadora para la sal. e) Ninguna de las alternativas anteriores Se tiene una solución preparada mezclando 500 ml de ácido carbónico (H 2 CO 3 ) 0.4 M y 500 ml de NaHCO M. Si el pka del ácido es 6,4, entonces el número de unidades de ph que es capaz de regular hacia el lado acido es: a) 1,0 unidad de ph b) 0,3 unidades de ph c) 1,3 unidades de ph d) 0,7 unidades de ph e) 0,5 unidades de ph RESPUESTAS 1) A 2) D 3) D 4) E 5) C 6) C 7) A 8) E 9) E 10) B 11) B 12) A 13) B 14) A 15) C 16) D