Nombre Grupo. Unidad 6 Ácido-base

Transcripción

1 Nombre Grupo OPCIÓN A Unidad 6 Ácido-base 1. (2 p) a) Calcule el ph de una disolución 0.1 M de hidróxido potásico. El hidróxido potásico, como base fuerte que es, está completamente disociada en disolución acuosa KOH (aq) K OH, por lo que atendiendo a la estequiometría, la concentración de potasa va a coincidir con la concentración de los iones hidroxilo [KOH] = [OH ] = 0,1M, por lo que a partir de ese dato podemos calcular el ph ph = 14 poh = 14 (log0,1) = 14 1 = 13 b) Es cierto que si a una disolución reguladora de un ácido débil le añadimos una pequeña cantidad de base, el ph resultante es básico. Falso, porque las disoluciones reguladoras tienen la propiedad de mantener el ph prácticamente constante cuando se le añade una pequeña cantidad de ácido o base, por lo que al añadir una pequeña cantidad de base (fuerte o débil) a una disolución tampón de un ácido (que tiene ph ácido), la disolución resultante será ácida. 2. Escriba las ecuaciones de hidrólisis, en caso de haberla, de cada uno de las siguientes sales, indicando si la disolución final será ácida, básica o neutra. (2 p) Los iones de las sales procedentes de ácidos o bases fuertes no tienen la suficiente fortaleza para reaccionar con el agua (son débiles en ese sentido) y por lo tanto no van a originar reacciones de hidrólisis. Por tanto, serán solamente los iones procedentes de ácidos o bases débiles las que sí puedan originar reacciones de hidrólisis. a) NH 4 HSO 4 El ion HSO 4 procede del ácido sulfúrico, un ácido fuerte para la pérdida del primer protón y el NH 4 es el ácido conjugado del amoniaco, base débil, por lo que sólo será éste el que sufra hidrólisis: NH 4 H 2 O NH 3 H 3 O El ph resultante de la reacción de hidrólisis será ácido, porque el ion amonio se comporta como ácido (Brösted-Lowry) liberando protones. b) NaCl Los iones de esta sal provienen de un ácido fuerte (HCl) y una base fuerte (NaCl) por lo que no van a tener suficiente fortaleza para reaccionar con el agua (originan una base conjugada y un ácido conjugado débiles), no va a ocurrir hidrólisis y el ph final va a ser 7. c) KNO 3 El razonamiento es análogo al apartado anterior porque el catión potasio proviene de una base fuerte (KOH) y el ion nitrato de un ácido fuerte (HNO 3 ) d) Ca(CH 3 COO) 2

2 En esta sal, el Ca 2 procede de una base fuerte, el hidróxido de calcio, por lo que va a ser débil para poder producir hidrólisis con el agua. Sin embargo, el ion acetato procede de un ácido débil, el ácido acético, por lo que va a sufrir reacción de hidrólisis al tener suficiente fortaleza para reaccionar con el agua: 2CH 3 COO 2H 2 O 2CH 3 COOH 2OH Como se desprenden grupos hidroxilos, el ph de la disolución final va a ser básico. 3. Qué concentración debería tener una disolución acuosa de un ácido monoprótico HA, cuya constante de ionización es K a = 1,5 10 5, para tener el mismo ph que una disolución acuosa de ácido clorhídrico 10 2 M. El ph de la disolución de HCl 10 2 M, teniendo en cuenta que se trata de un ácido fuerte y está completamente disociado, de cuerdo con la estequiometría de su reacción de disociación es: HCl H Cl Inicialmente Reacciona x x x Equilibrio 10 2 x x x 10 2 x = 0 x = 10 2 [H ] = x = 10 2 M ph = log(10 2 ) = 2 Para el caso de la disolución del ácido débil HA: HA H A Inicialmente C o 0 0 Reacciona x x x Equilibrio C o x x x Como el ph = 2 [H ] = 10 2 = 0,01M x = 0,01M Al ser un ácido débil, para calcular la concentración inicial tenemos que emplear la ecuación del equilibrio: k a = [H ][A ] [HA] 1, = x x C o x 1,5 105 = 0,012 C o 0,01 1, (C o 0,01) = 0,01 2 C o = 0,012 1, , = 6,677M Si hubiésemos despreciado el 0,01 del denominador, la concentración sería 6,667 M

3 4. Un vaso de precipitados contiene 100 ml de una disolución de ácido hipocloroso de concentración desconocida. Para conocerla valoramos la disolución anterior con una disolución 0,100 M de NaOH, encontrando que el punto de equivalencia se alcanza cuando hemos agregado 40,0 ml de hidróxido sódico. Calcule a) la concentración inicial del ácido (1 p) La reacción de neutralización que tiene lugar es: HClO NaOH NaClO H 2 O en la cual vemos que la reacción tiene lugar mol a mol y que el número de protones cedido por el ácido es igual al número de protones captados por la base: 1, así: nº moles ácido H cedidos por el ácido [HClO] V HClO H cedidos por el ácido = nº moles base H captados por la base = [NaOH] V NaOH H captados por la base [HClO] 0,1 1 = 0,1 0,04 1 [HClO] = 0,004 0,1 = 0,04M Ver libro b) Describa en no más de 10 líneas el procedimiento que emplearía en la valoración. (1 p) 5. El acido sulfuroso y el carbónico son dos ácidos débiles atendiendo la disociación de los dos protones. En una reacción ácido-base entre los iones monohidrogenados de cada ácido, Cuál se comporta como ácido y cuál como base? Escriba la reacción que tendría lugar. (2 p) Las reacciones de ionización de los ácidos son: H 2 SO 3 H 2SO 3 HSO 3 H 2O H 2 O HSO 3 H SO 3 2 H H 2 CO 3 H H 2 O 2SO 3 HCO 3 H HSO H 2O 3 CO 2 3 H k a1 = 1, k a2 = 6, k a1 = 4, k a2 = 4, Los iones monohidrogenados de los dos ácidos son anfóteros por lo que se podrán comportar como ácidos o como bases: Si generalizamos la reacción y consideramos X el átomo de C o S Como ácido: HXO 3 H 2O XO 3 2 H Como base: HXO 3 H 2O H 2 XO 3 Debido a ese comportamiento anfótero, cuando reaccionan entre sí uno se comportará como ácido y el otro como base. Para determinar quien es quien debemos fijarnos en las constantes: el HSO 3 al tener una constante ácida mayor que el HCO 3 será más ácido que éste, por lo que la base será el ion bicarbonato y el ácido el ion monohidrógenosulfito. La reacción que tendrá lugar será:

4 HSO 3 HCO 3 H 2O SO 3 2 H 2 CO 3 También se puede razonar con la primera constante de disociación: las especies que se generan son básicas, teniendo más fortaleza básica el ion hidrógenocarbonato debido a que la k a del ácido carbónico es más pequeña que la del ácido sulfuroso. Debido a ello, cuando reaccionen los dos iones negativos, el HCO 3 se comportará como base y el HSO 3 como ácido. Datos: K b (NH 3 ) = 1, K a (CH 3 COOH) = 1, Ácido sulfuroso: K a1 = 1, K a2 = 6, Ácido carbónico: K a1 = 4, K a2 = 4, Pesos atómicos: C = 12,0 H = 1,0 O = 16,0 Na = 23,0

5 OPCIÓN B 1. a) Calcule el ph de una disolución 0.1 M de hidróxido magnésico. El hidróxido magnésico, como base fuerte que es, está completamente disociada en disolución acuosa Mg(OH) 2 (aq) Mg2 2OH, por lo que atendiendo a la estequiometría, el doble de la concentración del hidróxido de magnesio va a coincidir con la concentración de los iones hidroxilo, por lo que a partir de ese dato podemos calcular el ph Mg(OH) 2 Mg 2 2OH Inicialmente 0,1 0 0 Reacciona x x 2x Equilibrio 0,1 x x 2x Como es una base fuerte, en el equilibrio estará completamente disociada, por lo que: 0,1 x = 0 x = 0,1 [OH ] = 2x = 2 0,1 = 0,2M ph = 14 poh = 14 (log0,2) = 14 0,699 = 13,301 b) Es cierto que si a una disolución reguladora de una base débil le añadimos una pequeña cantidad de ácido, el ph resultante es básico. (2 p) Verdadero, porque las disoluciones reguladoras tienen la propiedad de mantener el ph prácticamente constante cuando se le añade una pequeña cantidad de ácido o base, por lo que al añadir una pequeña cantidad de ácido (fuerte o débil) a una disolución tampón de una base (que tiene ph básico), la disolución resultante será básica. 2. Escriba las ecuaciones de hidrólisis, en caso de haberla, de cada uno de las siguientes sales, indicando si la disolución final será ácida, básica o neutra. (2 p) Los iones de las sales procedentes de ácidos o bases fuertes no tienen la suficiente fortaleza para reaccionar con el agua (son débiles en ese sentido) y por lo tanto no van a originar reacciones de hidrólisis. Por tanto, serán solamente los iones procedentes de ácidos o bases débiles las que sí puedan originar reacciones de hidrólisis. a) NH 4 HSO 4 El ion HSO 4 procede del ácido sulfúrico, un ácido fuerte para la pérdida del primer protón y el NH 4 es el ácido conjugado del amoniaco, base débil, por lo que sólo será éste el que sufra hidrólisis: NH 4 H 2 O NH 3 H 3 O El ph resultante de la reacción de hidrólisis será ácido, porque el ion amonio se comporta como ácido (Brösted-Lowry) liberando protones. b) NaCl Los iones de esta sal provienen de un ácido fuerte (HCl) y una base fuerte (NaCl) por lo que no van a tener suficiente fortaleza para reaccionar con el agua (originan una base conjugada y un ácido conjugado débiles), no va a ocurrir hidrólisis y el ph final va a ser 7.

6 c) KNO 3 El razonamiento es análogo al apartado anterior porque el catión potasio proviene de una base fuerte (KOH) y el ion nitrato de un ácido fuerte (HNO 3 ) d) Ca(CH 3 COO) 2 En esta sal, el Ca 2 procede de una base fuerte, el hidróxido de calcio, por lo que va a ser débil para poder producir hidrólisis con el agua. Sin embargo, el ion acetato procede de un ácido débil, el ácido acético, por lo que va a sufrir reacción de hidrólisis al tener suficiente fortaleza para reaccionar con el agua: 2CH 3 COO 2H 2 O 2CH 3 COOH 2OH Como se desprenden grupos hidroxilos, el ph de la disolución final va a ser básico. 3. Calcule el ph de una disolución obtenida al disolver 3,00 g de ácido acético glacial en agua hasta completar 250 ml (2 p) La concentración inicial del ácido es: M = Como el ácido acético es débil: moles Volumen (l) 3,00 60 = 0,25 = 0,2M CH 3 COOH H CH 3 COO Inicialmente 0,2 0 0 Reacciona x x x Equilibrio 0,2 x x x Para calcular la concentración inicial tenemos que emplear la ecuación del equilibrio: k a = [H ][A ] [HA] 1, = x x C o x 1, = 0,012 0,2 x Por ser la k a del orden de 10 5 podemos despreciar la x del denominador, 1, = x2 0,2 x = 1, ,2 = 1, M ph = log(1, ) = 2,72 4. Halle la pureza de una sosa cáustica comercial sabiendo que se disuelven 28,14 g de la misma en un litro de disolución, del cual se toma 20 ml que se neutralizan con 24,9 ml de una disolución de ácido clorhídrico 0,51 M. (1 p) Cuando disolvemos la muestra en 1000 ml de agua y de ellos valoramos 20 ml, determinamos la cantidad de NaOH que hay en esos 20 ml.

7 La reacción que tiene lugar es: HCl NaOH NaCl H 2 O en la cual vemos que el ácido clorhídrico cede un solo protón y el hidróxido de sodio capta también un protón. Calculamos la concentración de NaOH nº moles ácido H cedidos por el ácido [HCl] V HCl H cedidos por el ácido 0,51 0, = [NaOH] 0,020 1 [NaOH] = Que es la concentración real del hidróxido sódico. = nº moles base H captados por la base = [NaOH] V NaOH H captados por la base 0,51 0,0249 0,020 = 0,635M Calculamos la concentración de NaOH a partir de los gramos iniciales para calcular la pureza: [NaOH]M = moles 28,14 = 40 = 0,7035M V (l) 1 Si el NaOH fuera puro, deberíamos haber obtenido una concentración de 0,7035 M en vez de 0,635 M. Con esos datos, podemos calcular la pureza: Ver libro Pureza = 0, % = 90,26% 0,7035 Describa en no más de 10 líneas el procedimiento que emplearía en la valoración. (1 p) 5. El acido sulfuroso y el carbónico son dos ácidos débiles atendiendo la disociación de los dos protones. En una reacción ácido-base entre los iones monohidrogenados de cada ácido, Cuál se comporta como ácido y cuál como base? Escriba la reacción que tendría lugar (2 p) Las reacciones de ionización de los ácidos son: H 2 SO 3 H 2SO 3 HSO 3 H 2O H 2 O HSO 3 H SO 3 2 H H 2 CO 3 H H 2 O 2SO 3 HCO 3 H HSO H 2O 3 CO 2 3 H k a1 = 1, k a2 = 6, k a1 = 4, k a2 = 4, Los iones monohidrogenados de los dos ácidos son anfóteros por lo que se podrán comportar como ácidos o como bases: Si generalizamos la reacción y consideramos X el átomo de C o S

8 Como ácido: HXO 3 H 2O XO 3 2 H Como base: HXO 3 H 2O H 2 XO 3 Debido a ese comportamiento anfótero, cuando reaccionan entre sí uno se comportará como ácido y el otro como base. Para determinar quien es quien debemos fijarnos en las constantes: el HSO 3 al tener una constante ácida mayor que el HCO 3 será más ácido que éste, por lo que la base será el ion bicarbonato y el ácido el ion monohidrógenosulfito. La reacción que tendrá lugar será: HSO 3 HCO 3 H 2O SO 3 2 H 2 CO 3 También se puede razonar con la primera constante de disociación: las especies que se generan son básicas, teniendo más fortaleza básica el ion hidrógenocarbonato debido a que la k a del ácido carbónico es más pequeña que la del ácido sulfuroso. Debido a ello, cuando reaccionen los dos iones negativos, el HCO 3 se comportará como base y el HSO 3 como ácido. Datos: K b (NH 3 ) = 1, K a (CH 3 COOH) = 1, Ácido sulfuroso: K a1 = 1, K a2 = 6, Ácido carbónico: K a1 = 4, K a2 = 4, Pesos atómicos: C = 12,0 H = 1,0 O = 16,0 Na = 23,0