SOLUCIONES DE LOS EJERCICIOS DE ÁCIDO BASE

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1 SOLUCIONES DE LOS EJERCICIOS DE ÁCIDO BASE 1. a) Cómo nos piden el ácido conjugado de cada especie, ellas actuarán como base: H 2 O + H 2 O H 3 O + + OH H 3 O + / H 2 O H 2 O/ OH HS + H 2 O H 2 S + OH H 2 S/ HS H 2 O/ OH 2 HPO 4 + H 2 O H 2 PO 4 + OH H 2 PO 2 4 /HPO 4 H 2 O/ OH HSO 4 + H 2 O H 2 SO 4 + OH H 2 SO 4 / HSO 4 H 2 O/ OH Se han subrayado los ácidos conjugados. 2. a) El HClO 4 es un ácido fuerte, por lo tanto estará totalmente disociado en sus iones y la concentración de iones H 3 O + coincidirá con la concentración inicial del ácido: HClO 4 + H 2 O ClO 4 + H 3 O + ph= log[h 3 O + ] = log 0,25 0,25 M 0,25 M 0,25 M ph= 0,6 b) EL HCN es un ácido débil, por lo tanto no estará totalmente disociado y se establecerá un equilibrio entre él y sus iones: HCN + H 2 O CN + H 3 O + C. Inc.: 0, K a = [CN ][H 3 O + ] = x x C. reac.: x x x [HCN] 0,25 x C. equil.: 0,25 x x x Como K a es muy pequeña y la Co no es alta, podemos hacer la aproximación de que x es muy pequeña comparada con la Co: x<< 0,25 0,25 x 0,25, por tanto: = x 2 x = 0, x = 0,00001 M Como puede verse la aproximación 0,25 [H 3 O + ] = 0,00001 M es buena ya que 0,00001 << 0,25 Luego: ph= log[h 3 O + ] = log 0,00001 ph= 5 3. a) El NaOH es una base fuerte, por lo tanto estará totalmente disociada en sus iones y la concentración de iones OH coincidirá con la concentración inicial de la base: NaO H 2 O NaOH OH poh= log[oh ] = log 0,30 0,30 M 0,30 M 0,30 M poh= 0,523 ph= 14 poh = 14 0,523 ph= 13,477

2 b) EL NH 3 es una base débil, por lo tanto no estará totalmente disociada y se establecerá un equilibrio entre ella y sus iones: NH 3 + H 2 O N 4 + OH C. Inc.: 0, K b = [N 4 ][OH ] 1, = x x C. reac.: x x x [NH 3 ] 0,30 x C. equil.: 0,30 x x x Como K b es muy pequeña y la Co no es alta, podemos hacer la aproximación de que x es muy pequeña comparada con la Co: x<< 0,30 0,30 x 0,30, por tanto: 1, = x 2 x = 0,301, x = 0,0023 M Como puede verse la aproximación 0,30 [OH ] = 0,0023 M es buena ya que 0,0023 << 0,25 Luego: poh= log[oh ] = log 0,0023 poh= 2,63 ph= 14 poh = 14 2,63 ph= 11,37 4. CH 3 NH 2 + H 2 O CH 3 NH OH C. Inc.: 0,2 0 0 K b = [CH 3 NH 4 + ][OH ] K b = x x C. reac.: x x x [CH 3 NH 2 ] 0,2 x C. equil.: 0,2 x x x El valor de x lo podemos obtener del ph, o mejor en este caso del poh, ya que x es igual a la [OH ]: poh= 14 ph poh= 14 11,96 poh= 2,04 poh= log[oh ] 2,04= log [OH ] [OH ]= antilog ( 2,04) [OH ]= 0,0091 M = x Sustituyendo en la expresión de K b : K b = 0, K b = 4, ,2 0, a) Mezclar 40 ml de HBr 0,1 M con 60 ml de HCl 0,025 M Debemos ver cuantos moles hay de H 3 O + en cada recipiente y dividirlo por el volumen total para tener la concentración total de iones H 3 O +. Ambos ácidos son fuertes luego estarán totalmente disociados en sus iones y la concentración de iones H 3 O + coincidirá con la concentración inicial de cada ácido: moles de H 3 O + en los 40 ml de HBr 0,1 M: M= moles moles = M Ld s Ld s moles H 3 O + = 0,1 0,04= 0,004 mol H 3 O + moles de H 3 O + en 60 ml de HCl 0,025 M: moles = M Ld s moles H 3 O + = 0,025 0,06= 0,0015 mol H 3 O +

3 Tenemos pues 0, ,0015= 0,0055 mol H 3 O + en un volumen de = 100 ml de disolución, por lo tanto la molaridad de la mezcla será: M= moles M= 0,0055 M= 0,055 M Ld s 0,1 Como hemos dicho antes para un ácido fuerte se cumple que la concentración de iones H 3 O + coincidirá con la concentración del ácido: HA + H 2 O A + H 3 O + ph= log[h 3 O + ] = log 0,055 0,055 M 0,055 M 0,055 M ph= 1,26 b) disolver 2,90 g de KOH en agua hasta completar 520 ml de disolución M= g sol. M= 2,90 M= 0,0996 M Mm Ld s 56 0,52 El KOH es una base fuerte, por lo tanto estará totalmente disociada en sus iones y la concentración de iones OH coincidirá con la concentración inicial de la base: NaO H 2 O NaOH OH poh= log[oh ] = log 0,0996 0,0996 M 0,0996 M 0,0996 M poh= 1 ph= 14 poh = 14 1 ph= a) El KBr es una sal que proviene de un ácido fuerte (HBr) y una base fuerte (KOH).Los conjugados de ácidos y bases fuertes son muy débiles para reaccionar con el agua donde están disueltos, por este motivo ninguno de los dos iones procedentes de la sal darán lugar a hidrólisis (reaccionar con el agua). Por lo tanto la disolución es neutra. b) Na + procede del NaOH que es base fuerte, luego Na + es ácido muy débil y no se hidroliza. NaNO 2 NO 2ˉ procede del HNO 2 que es débil, luego NO 2ˉ es base débil y se hidroliza. NO 2ˉ + H 2 O HNO 2 + OHˉ La disolución es básica ya que se producen iones OH en la hidrólisis. c) Iˉ procede del HI que es fuerte, luego Iˉ es base muy débil y no se hidroliza NH 4 I NH 4 + procede del NH 3 que es base débil, luego NH 4 + es ácido débil y se hidroliza dando: N 4 + H 2 O NH 3 + H 3 O + la disolución es ácida ya que se producen iones H 3 O + en la hidrólisis.

4 d) NH 4 + procede del NH 3 que es base débil, luego NH 4 + es ácido débil y se hidroliza. NH 4 CN CNˉ procede del HCN que es ácido débil, luego CNˉ es base débil y se hidroliza. NH H 2 O NH 3 + H 3 O + CNˉ + H 2 O HCN + OHˉ como K a HCN = 4, y K b NH3 = 1, utilizando K w = K a K b K b CNˉ = K w = K b CNˉ = 2, ; K a NH4 + = K w = K a NH4 + = 5, K ahcn 4, K b NH 3 1, Se observa que el CNˉ tiene una constante mayor que la del NH 4 +, por lo tanto tendrá mayor fuerza como base que el amonio como ácido, es decir, se obtendrá menos H 3 O + que OHˉ, la disolución será básica. 7) a) K b NH3 = 1, utilizando K w = K a K b K + a NH4 = K w = K + a NH4 = 5, K b NH3 1, b) ) Clˉ procede del HCl que es fuerte, luego Clˉ es base muy débil y no se hidroliza NH 4 Cl N 4 procede del NH 3 que es base débil, luego N 4 es ácido débil y se hidroliza dando: N 4 + H 2 O NH 3 + H 3 O + la disolución es ácida ya que se producen iones H 3 O + en la hidrólisis. Suponiendo que toda la sal se disuelva habrá: NH 4 Cl N 4 + Clˉ 0,2 M 0,2 M 0,2 M N 4 + H 2 O NH 3 + H 3 O + C. Inc.: 0,2 0 0 K + a NH4 = [NH 3 ][H 3 O + ] 5, = x x C. reac.: x x x [N 4 ] 0,2 x C. equil.: 0,2 x x x Como K a es muy pequeña y la Co no es alta, podemos hacer la aproximación de que x es muy pequeña comparada con la Co: x<< 0,2 0,2 x 0,2, por tanto: 5, = x 2 x = 0,2 5, x = 0, M Como puede verse la aproximación 0,2 [H 3 O + ] = 0, M es buena ya que 0,00001 << 0,25 Luego: ph= log[h 3 O + ] = log 0, ph= 4,98 α= Conc. reac. = x = 0, = 0, Conc. inicial 0,2 0,2

5 8. a) Las disoluciones reguladoras están formadas por un ácido débil y una sal de dicho ácido o bien por una base débil y una sal de dicha base. H 2 O CH 3 COONa CH 3 COO + Na + La sal se disuelve toda y se cumple: [CH 3 COONa]=[CH 3 COO ] CH 3 COO H 2 O CH 3 COO + H 3 O + El CH 3 COO procedente de la sal provoca que el equilibrio del ácido esté desplazado hacia la izquierda y por lo tanto la [CH 3 COO ] será igual a la que proviene de la sal. Teniendo en cuenta la expresión de la Ka para este ácido: Ka= [CH 3 COO ] [H 3 O + ] lamando a la [CH 3 COO ]= C b y [CH 3 COOH]= C a despejamos [H 3 O + ]: [CH 3 COOH] [H 3 O + ]= k a C a tomamos logaritmo decimal y cambiamos de signo: log[h 3 O + ]= log k a C a C b O lo que es lo mismo: ph= log k a C a C b En nuestro caso: ph= log 1, ,3 ph= log 1, ph= 4,745 0,3 b) Si añadimos 4 ml de HCl 0,5 M habremos añadido 0,002 moles de HCl que serán iguales a 0,002 moles de H 3 O + por ser un ácido fuerte. El equilibrio se desplazará hacia la izquierda según el principio de Le Châtelier reaccionando con la misma cantidad de CH 3 COO para mantener constante la [H 3 O + ] y se obtendrán los mismos moles de CH 3 COOH. Según esto las nuevas concentraciones de [CH 3 COO ] y de [CH 3 COOH] serán: Teníamos inicialmente en 1 L de disolución: 0,3 moles de [CH 3 COO ] y de [CH 3 COOH] C b [CH 3 COO ]= 0,3 0,002 = 0,298 M= C b 1 ph= log 1, ,302 ph= log 1, ph= 4,734 [CH 3 COOH]= 0,3+0,002 = 0,302 M=C a 0,298 1 Si añadimos 4 ml de NaOH 0,5 M habremos añadido 0,002 moles de NaOH que serán iguales a 0,002 moles de OH por ser una base fuerte. Al reaccionar con la misma cantidad de H 3 O + el equilibrio se desplazará hacia la derecha según el principio de Le Châtelier para mantener constante la [H 3 O + ] y se obtendrán los mismos moles de CH 3 COO. Según esto las nuevas concentraciones de [CH 3 COO ] y de [CH 3 COOH] serán: [CH 3 COO ]= 0,3+0,002 = 0,302 M= C b 1 ph= log 1, ,298 ph= log 1, ph= 4,751 [CH 3 COOH]= 0,3 0,002 = 0,298 M=C a 0,302 1

6 9. a) 40,0 ml de HBr 0,048 M necesita los siguientes ml de disolución de NaOH 0,52 M: En el punto de equivalencia o neutralización se cumple que: moles de [H 3 O + ] = moles de [OH ] Como el ácido y la base son fuertes se disocian en su totalidad y los moles de ácido coincidirán con los de H 3 O + y los de base coincidirán con los de OH : Moles H 3 O + = M Ld s = 0,048 0,04 = 0,00192 mol H 3 O +, aplicando: moles de [H 3 O + ] = moles de [OH ]= 0,00192 mol OH y el volumen de base gastado será: Ld s = Moles OH = 0,00192 M base 0,052 = 0,0369 L de NaOH= 36,9 ml de NaOH b) 32,0 ml de H 2 SO 4 0,022 M necesita los siguientes ml de disolución de NaOH 0,052 M: En el punto de equivalencia o neutralización se cumple que: moles de [H 3 O + ] = moles de [OH ] Ahora el ácido fuerte tiene dos protones, suponiendo que ceda los dos la concentración de H 3 O + será doble que la del ácido: 2 H 2 SO H 2 O SO H 3 O + 0,022 M 2 0,022= 0,044 M Moles H 3 O + = M Ld s = 0,044 0,032 = 0,00104 mol H 3 O +, aplicando: moles de [H 3 O + ] = moles de [OH ]= 0,00104 mol OH y el volumen de base gastado será: Ld s = Moles OH = 0,00104 = 0,027 L de NaOH =27,0 ml de NaOH M base 0,052 c) 25,0 ml de HNO 3 0,026 M necesita los siguientes ml de disolución de NaOH 0,052 M: En el punto de equivalencia o neutralización se cumple que: moles de [H 3 O + ] = moles de [OH ] Como el ácido y la base son fuertes se disocian en su totalidad y los moles de ácido coincidirán con los de H 3 O + y los de base coincidirán con los de OH : Moles H 3 O + = M Ld s = 0,026 0,025 = 0,00065 mol H 3 O +, aplicando: moles de [H 3 O + ] = moles de [OH ]= 0,00065 mol OH y el volumen de base gastado será: Ld s = Moles OH = 0,00065 M base 0,052 = 0,0125 L de NaOH=12,5 ml de NaOH

7 10. a) 25 ml de NaOH 0,12 M con 30,0 ml de HNO 3 0,12 M Moles de H 3 O + = M Ld s = 0,12 0,03= 0,0036 mol de H 3 O + Moles de OH = M Ld s = 0,12 0,025= 0,003 mol de OH Como hay más moles de H 3 O +, de este sobrarán mol que no se neutraliza con el OH y nos quedará una disolución ácida. [H 3 O + ]= moles = 0,0006 [H 3 O + ]= 0,0109 M ph= log[h 3 O + ]= log ph= 1,96 Ld s 0,055 b) 25 ml de NaOH 0,12 M con 20,0 ml de HNO 3 0,12 M Al reaccionar el ácido fuerte con la base fuerte se neutralizan las propiedades de ambos, es decir, cada mol de H 3 O + (procedente del ácido) se neutraliza con otro de OH (procedente de la base). Veamos cuantos moles hay de cada uno de los iones: Moles de H 3 O + = M Ld s = 0,12 0,02= 0,0024 mol de H 3 O + Moles de OH = M Ld s = 0,12 0,025= 0,003 mol de OH Como hay más moles de OH, de este sobrarán 0,0006 moles que no se neutraliza con el H 3 O + y nos quedará una disolución básica. Moles de OH que sobran= 0,003 0,0024 = 0,0006 moles de OH contenidos en un volumen de = 45 ml, es decir; 0,045 L, por lo tanto la molaridad de estos iones será: [OH ]= moles = 0,0006 [OH ]= 0,0133 M poh= log[oh ]= log poh= 1,87 Ld s 0,045 ph= 14 poh= 14 1,87 ph= 12,13 c) 25 ml de NaOH 0,12 M con 50,0 ml de HNO 3 0,06 M. Al reaccionar el ácido fuerte con la base fuerte se neutralizan las propiedades de ambos, es decir, cada mol de H 3 O + (procedente del ácido) se neutraliza con otro de OH (procedente de la base). Veamos cuantos moles hay de cada uno de los iones: Moles de H 3 O + = M Ld s = 0,06 0,05= 0,003 mol de H 3 O + Moles de OH = M Ld s = 0,12 0,025= 0,003 mol de OH Como hay el mismo nº de moles de cada ion se neutraliza todo y la disolución resultante es neutra.