GUÍA DE EJERCICIOS N 4: Ácido-base, neutralización y buffer. 1.- Defina los ácidos y bases según las teorías ácido-base de Arrhenius y Brönsted-Lowry

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1 1 GUÍA DE EJERCICIOS N 4: Ácido-base, neutralización y buffer PRIMERA PARTE: Ejercicios de desarrollo. 1.- Defina los ácidos y bases según las teorías ácido-base de Arrhenius y Brönsted-Lowry 2.- Defina los siguientes términos: a) Par conjugado ácido-base b) Autoionización del agua c) Constante de autoionización del agua (Kw) 3.- Defina el ph y poh. Que relación existe entre estos términos. 4.- Indique cuál de las siguientes disoluciones es ácida, básica o neutra frente al agua: a) [OH - ] = 0,62 M b) [H + ] = 1, M c) [OH - ] = 3, M d) [H + ] =1, M 5.- Calcule la concentración de iones hidrógeno o protones (H + ) en las disoluciones que tienen los siguientes valores de ph: a) 2,42 b) 11,21 c) 6,96 d) 14, Complete el siguiente cuadro: ph [H+] [OH-] poh Lavandina 3,1 x Refresco 2,2 Café negro 1,6 x 10-9 Antiácido 3,5 Leche 2,0 x 10-8 Vinagre 11,6 Jugo gástrico 1,7 Sangre 5,1 x 10-8 Agua de mar 6,0 x Defina los siguientes términos: a) Acido fuerte b) Ácido débil c) Constante de acidez (Ka) d) Base fuerte e) Base débil f) Constante de basicidad (Kb) 8.- Qué información aporta la constante de acidez? 9.- Calcular el ph de cada una de las siguientes disoluciones: a) Ácido clorhídrico (HCl) 0,10 M b) Ácido fluorhídrico (HF) 0,10 M (K a = 6, ) c) Ácido cianhídrico (HCN) 0,10 M (K a = 4, ) 10.- Una solución de un ácido monoprótico débil de concentración 0,060 M tiene un ph de 3,44. Calcular la constante de acidez del ácido monoprótico.

2 La niacina es una vitamina del grupo B. Una solución de concentración 0,020M de niacina tiene un ph de 3,26. Cuál es el valor de la constante de acidez para esta vitamina? 12.- Cuales son las concentraciones de todas las especies presentes en una disolución de ácido cianhídrico 0,025 M (Ka = 4, ) La acumulación de ácido láctico en los músculos ocasiona dolor durante ejercicios extenuantes. La constante de acidez (Ka) para el ácido láctico es 8, Determine el valor del ph de una solución 0,10 M de ácido láctico Calcular el ph de cada una de las siguientes disoluciones: a) Hidróxido de potasio 0,1 M b) Amoniaco 0,10 M (K b = 1, ) c) Piridina 0,10 M (K b = 1, ) d) Metilamina 0,10 M (K b = 4, ) 15.- Defina los siguientes términos: a) Reacción de neutralización b) Neutralización completa c) Neutralización incompleta d) Constante de hidrólisis (Kh) e) Titulación o valoración f) Punto de equivalencia g) Indicador de ph 16.- Determine si las siguientes sales disueltas en agua son: ácida, básica o neutra a) NaCN proveniente de la reacción entre el HCN (Ka = 4, ) y NaOH b) NH 4 Cl proveniente de la reacción entre el HCl y NH 3 (Kb = 1, ) c) NaCl proveniente de la reacción entre el HCl y NaOH d) KNO 3 proveniente de la reacción entre el HNO 3 y KOH 17.- Considerando volúmenes aditivos, calcule el ph de las siguientes soluciones que se forman al mezclar: a) 10 ml de HCl 0,10 M con 20 ml de NaOH 0,10 M b) 20 ml de HCl 0,10 M con 10 ml de NaOH 0,10 M c) 20 ml de HCl 0,10 M con 10 ml de NaOH 0,20 M d) 10 ml de HCl 0,20 M con 20 ml de NaOH 0,10 M 18.- Un volumen de 18,3 ml de disolución de ácido clorhídrico 0,100 M se neutraliza completamente con 50 ml de NaOH. Cuál es la concentración del NaOH y el ph de la solución final? 19.- Si se mezclan 250 ml de NaOH (base fuerte) de concentración 0,04 M con 150 ml de HCl (ácido fuerte) de concentración 0,05 M, señale: a) Si la neutralización es completa o incompleta. b) Cuantos moles del reactivo excedente quedan sin reaccionar. c) Cuantos moles de sal se forman. d) Considerando volúmenes aditivos cual es la concentración de la sal Para preparar 50 ml de una solución cuyo ph sea 11,55 a partir de hidróxido de sodio sólido (NaOH). Qué masa de hidróxido de sodio (masa molar = 40,01 g/mol) se necesitan Para preparar 250 ml de una solución de HCl cuyo ph sea 1,28 a partir de una solución de HCl 3,0M (masa molar de HCl =36,46 g/mol). Qué volumen de la solución de HCl 3,0 M se necesitan.

3 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 23.- Especifique cuál de los siguientes sistemas pueden clasificarse como solución amortiguadores: a) KCl y HCl b) HF (Ka = 6, ) y NaF c) HCN (Ka = 4, ) y NaNO 2 d) NaHSO 4 y H 2 SO 4 e) KH 2 PO 4 (Ka = 1, ) y Na 2 HPO 4 (Ka = 7, ) 24.- 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 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 Determine el ph de una solución formada por: a) 100 ml de una disolución 0,20 M de ácido fluorhídrico (Ka = 6, ) b) 50 ml de una disolución 0,20 M de ácido fluorhídrico (Ka = 6, ) y 50 ml de una disolución 0,40 M de fluoruro de sodio. Considere volúmenes aditivos. c) 100 ml de una disolución 0,20 M de ácido fluorhídrico (Ka = 6, ) y 50 ml de una disolución 0,40 M de fluoruro de sodio. Considere volúmenes aditivos. d) 20 ml de una disolución 0,20 M de ácido fluorhídrico (Ka = 6, ) y 50 ml de una disolución 0,40 M de fluoruro de sodio. Considere volúmenes aditivos. e) 50 ml de una disolución 0,20 M de fosfato diácido de potasio (Ka = 1, ) y 50 ml de una disolución 0,20 M de fosfato ácido de sodio (Ka = 7, ). Considere volúmenes aditivos. f) 20 ml de una solución 0,10 M de ácido fluorhídrico (Ka = 6, ) y 10 ml de una solución de hidróxido de sodio 0,10 M. Considere volúmenes aditivos. g) 50 ml de una solución 0,20 M de Tris hidroximetil aminometano (Kb = 1, ) y 22 ml de una solución de ácido clorhídrico 0,20 M. Considere volúmenes aditivos 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) Al respecto señale: a) Cuál es el rango de amortiguación de este buffer b) Cuál será la relación sal/ácido para obtener un buffer a ph = 4,75 c) Cuál será la relación sal/ácido para obtener un buffer a ph = 5,00 d) Cuál será la relación sal/ácido para obtener un buffer a ph = 4, 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.

4 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 razón de concentración [NaHCO 3 ]/[H 2 CO 3 ]. b) Si la solución amortiguadora es más eficaz para ácido o para base. Explique 30.- 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 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 ) 32.- 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.

5 5 SEGUNDA PARTE: Ejercicios de tipo Prueba. 1.- Un ácido según la teoría de Arrhenius es aquella sustancia que: a) Libera uno o más iones hidroxilos (OH - ) por cada molécula en medio acuoso b) Libera uno o más iones hidrógeno (H + ) por cada molécula en medio acuoso c) Capta uno o más iones hidroxilos (OH - ) por cada molécula en medio acuoso d) Capta uno o más iones hidrógeno (H + ) por cada molécula en cualquier medio e) Libera uno o más iones hidrógeno (H + ) por cada molécula en cualquier medio 2.- Una base según el criterio de Brönsted y Lowry es aquella sustancia que: a) Cede un ion hidroxilo (OH - ) a otra sustancia en cualquier medio b) Capta un ion hidrógeno (H + ) de otra sustancia en medio acuoso c) Cede un ion hidrógeno (H + ) a otra sustancia en cualquier medio d) Capta un ion hidrógeno (H + ) de otra sustancia en cualquier medio e) Capta un ion hidroxilo (OH - ) de otra sustancia en medio acuoso 3.- Identifique las parejas que sean pares ácido-base conjugados en la siguiente reacción: C 2 H 5 NH + + (CH 3 ) 3 N C 2 H 5 N + (CH 3 ) 3 NH + a) C 2 H 5 NH + / (CH 3 ) 3 N y C 2 H 5 N / (CH 3 ) 3 NH + b) C 2 H 5 NH + / (CH 3 ) 3 NH + y (CH 3 ) 3 N / C 2 H 5 N c) C 2 H 5 NH + / OH - y (CH 3 ) 3 NH + / H 3 O + d) (CH 3 ) 3 N / H 3 O + y C 2 H 5 N / OH - e) C 2 H 5 NH + / C 2 H 5 N y (CH 3 ) 3 N / (CH 3 ) 3 NH Cuál de las siguientes concentraciones daría una mayor acidez: a) [OH - ] = M b) [H + ] = M c) [OH - ] = M d) [H + ] = M e) [OH - ] = M 5.- Cuál es el ph de una solución si la concentración de iones [H + ] es de 5, M a) 0,47 b) 4,75 c) 3,25 d) 0,32 e) 5, Cuál es el ph de una solución si la concentración de iones [OH - ] es de 5, M a) 10,75 b) 1,79 c) 3,25 d) 0,32 e) 5,60

6 6 7.- En una solución cuyo ph es 6,6 la concentración de iones [H + ] es: a) 2, b) 25, c) 0, d) 0, e) 4, En una solución cuyo poh es 6,6 la concentración de iones [H + ] es: a) 2, b) 6, c) 0, d) 0, e) 3, Se tienen soluciones acuosas 0,1 M de los siguientes electrolitos: HX; HZ; HR; HA: HT, (Constante de acidez: HX = ; HZ = ; HR = ; HA = ; HT = ) la base conjugada más fuerte es: a) R - b) T - c) Z - d) X - e) A De las siguientes afirmaciones sobre ácidos y bases, cual o cuales son correctas I.- La base conjugada de un ácido fuerte es débil II.- La base conjugada de un ácido débil es débil III.- La reacción entre un ácido y su base conjugada da origen a una sal y agua a) Sólo I b) Sólo II c) Sólo III d) I y III e) II y III 11.- El ph de una solución acuosa de ácido clorhídrico 0,17 M es: a) 0,77 b) 13,23 c) 6,50 d) 13,83 e) 1, La concentración molar de OH - en una solución acuosa de HCl 0,1 M es: a) 13 b) 1,0 c) 1, d) 1, e) 1,

7 Al agregar KOH a un vaso con agua pura, la solución resultante presenta: I.- Una mayor concentración de OH - II.- Una menor concentración de H 3 O + III.- Menor ph IV.- Mayor ph es correcta a) I y III b) II y IV c) I, II y IV d) I, II y III e) I y IV 14.- La concentración molar de OH - en una solución acuosa de NaOH 0,1 M es: a) 13 b) 1,0 c) 1, d) 1, e) 1, El ph de una solución acuosa de NaOH 0,01 M es: a) 13,00 b) 12,00 c) 2,00 d) 1,00 e) 0, En una solución de ácido débil monoprótico (HA) se encuentra que en el equilibrio la concentración de protones (H + ) es 0,0017 mol/l y la concentración del ácido no disociado (HA) es 0,0983 mol/l. Entonces el valor de la constante de acidez es: a) 3, b) 3, c) 1, d) 2, e) 7, Para la reacción H 2 CO 3 + H 2 O H 3 O + + HCO 3 - Ka = 4,3 10-7, se puede decir que: I.- La especie H 2 CO 3 es un ácido y la especie HCO 3 - es una base II.- El equilibrio está desplazado a la derecha III.- Sólo una pequeña fracción del ácido se disocia IV.- La especie H 2 CO 3 es un ácido y la especie H 2 O es una base es correcta a) I y II b) I y III c) I, II y III d) I, III y IV e) Todas

8 Una solución acuosa de H 2 CO 3 1, M (Ka = 4, ) tiene un ph igual a: a) 9,30 b) 10,00 c) 2,18 d) 3,18 e) 4, En solución, un ácido débil se disocia según la ecuación HA (ac) H + (ac) + A - (ac). Una solución preparada disolviendo 0,1 mol de HA en agua hasta completar un litro de solución, tiene una: a) [OH - ] > b) [H + ] < c) [OH - ] < d) [H + ] = e) [OH - ] = Qué masa de hidróxido de sodio (masa molar = 40 g/mol), en gramos, se necesitan para preparar 500 ml de una solución cuyo ph sea 10,00. a) 2, g b) 2, g c) 2, g d) 2, g e) No se puede determinar 21.- Qué volumen de una solución de HCl 3,0 M se necesitan para preparar 500 ml de una solución de HCl (masa molar = 36,46 g/mol) cuyo ph sea 2,20. a) 1,6 ml b) 366,6 ml c) 6,3 ml d) 400,0 ml e) 1,1 ml 22.- Si se mezclan 250 ml de NaOH (base fuerte) de concentración 0,04 M con 100 ml de HCl (ácido fuerte) de concentración 0,05 M, entonces quedan sin neutralizar: a) mol de la base b) mol del ácido c) mol de la base d) mol del ácido e) mol del ácido 23.- En una reacción de neutralización completa, 200 ml de HNO 3 0,4 M reaccionan con 50 ml de una solución de KOH. Luego la concentración molar del hidróxido de potasio (KOH) es: a) 0,80 b) 0,28 c) 0,40 d) 0,56 e) 1,60

9 Si se mezclan 25 ml de una base fuerte de concentración 0,04 M con 100 ml de un ácido fuerte de concentración 0,05 M, entonces el ph final, considerando volúmenes aditivos, es: a) 12,50 b) 1,50 c) 0,10 d) 2,70 e) 1, Cada ampolla de SANDERSON de 1 ml contiene 0,1g de Vitamina C (Ka = 9,12 x 10-5 ). Para administrar cada ampolla debe ser diluida con suero a 250 ml de solución. Sabiendo que la masa molar de la vitamina-c es 176,1 g/mol cuál es el ph de la solución: a) 3,34 b) 6,68 c) 2,72 d) 2,27 e) 4, Con relación a las soluciones buffer es verdadero afirmar: I.- Si son diluidas con agua, su ph no varía significativamente II.- Si se añaden grandes cantidades de soluciones ácidas su ph se mantiene constante III.- Se preparan con ácidos fuertes con su correspondiente base conjugada es correcto a) Sólo I b) Sólo II c) Sólo III d) I y II e) I y III 27.- Al agregar 1 ml de ácido clorhídrico 0,01 M a una solución buffer se puede observar que: I.- Reacciona con el componente básico del buffer II.- Aumenta la concentración de ácido del buffer III.- Disminuye la concentración de la sal del buffer es correcto a) Solo I b) I y II c) I y III d) I, II y III e) Ninguna 28.- Si Usted desea preparar una solución buffer cuya concentración de protones (H + ) sea aproximadamente 1, M 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

10 Cuando en una solución buffer ácido la concentración de la sal es mayor que la concentración del ácido se puede afirmar que: I.- Esta solución tiene mayor capacidad amortiguadora para ácidos II.- Esta solución tiene una capacidad amortiguadora entre pka - 1 y pka + 1 III.- El ph es menor al pka es correcto a) Sólo I b) Sólo II c) Sólo III d) I y II e) I y III 30.- Determine la relación sal-acido necesarias para preparar una solución buffer de ph = 5,75. Sabiendo que el componente acido del buffer tiene una Ka = 1, a) 1:10 b) 10:1 c) 1:9 d) 9:1 e) 5: Se prepara una solución mezclando 0,150 mol de acetato de sodio sólido (CH 3 COONa) con 200 ml de ácido acético 1,50 M (CH 3 COOH). 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, El ph de una solución buffer de amoniaco (Kb = 1, ) y cloruro de amonio es 10,24. Podemos deducir que la relación [sal] / [base] es: a) ,2 b) 0,1 c) 10 d) 100 e) No se puede determinar 33.- 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

11 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