PROBLEMARIO Nº 6, ACIDOS Y BASES

Transcripción

1 1 PROLERIO Nº 6, IDOS Y SES 1. lsifique cd un de ls siguientes especies como ácido o bse de rønsted, o como mbos: () H O; (b) OH ; (c) H 3O + ; (d) NH 3; (e) NH 4+ ; (f) NH ; (g) NO 3 ; (h) O 3 ; (i) Hr; (j) HN. cidos: (c); (e); (i); (j). ses: (b); (d); (f); (g); (h). mbos: ().. Escrib ls fórmuls de ls bses conjugds de los siguientes ácidos: () HNO ; (b) H SO 4; (c) H S; (d) HN; (e) HOOH (ácido fórmico). () NO ; (b) HSO 4 ; (c) HS ; (d) N ; (e) HOO. 3. Escrib ls fórmuls del ácido conjugdo de cd un de ls siguientes bses: () HS ; (b) HO 3 ; (c) O 3 ; (d) H PO 4 ; (e) HPO 4 ; (f) PO 4 3 ; (g) HSO 4 ; (h) SO 4 ; (i) SO 3. () H S; (b) H O 3; (c) HO 3 ; (d) H 3PO 4; (e) H PO 4 ; (f) HPO 4 ; (g) H SO 4; (h) HSO 4 ; (i) HSO El poh de un solución de un bse fuerte es 1,88 5 º. lcule l concentrción (en moles por litro) de l bse si l bse es () OH; (b) (OH). () OH + + OH ; n(oh) n(oh ), luego [OH] [OH ] 1,3 x 10. (b) (OH) + + OH ; n[(oh) ] n(oh )/, luego [(OH) ] 6,60 x Predig si l siguiente rección procederá de izquierd derech en culquier proporción medible: H 3OOH(c) + l (c) No porque el ion l es l bse conjugd del ácido fuerte Hl y, en consecuenci, es un bse tn débil que no es cpz de ceptr un protón de un ácido.

2 6. lcule el ph de cd un de ls siguientes soluciones: () (OH),8 x 10 4 ; (b) HNO 3 5, x ph log[h + ] 14 poh 14 + log[oh ] () (OH) + + OH ; n[(oh) ] n(oh )/; [OH ] [(OH) ] 5,6 x 10 4 ; ph 14 + log(5,6 x 10 4 ) 10,75. (b) HNO 3 H + + NO 3 ; n(h + ) n(hno 3); [H + ] [HNO 3] 5, x 10 4 ; ph 3,8. 7. Qué cntidd de NOH (en grmos) se necesit pr preprr 546 ml de un solución con un ph 10,00? w(noh) n(noh) x P(NOH) NOH N + + OH ; n(noh) n(oh ) n(oh ) (NOH) x (NOH) x ,00 10 ( OH ) [OH ] ph 10 w (NOH) 1, P(NOH) (NOH) ph , , ,18 10 g 10, uál es el ácido más fuerte y l bse más fuerte que pueden existir en gu? El ácido más fuerte que puede existir en gu es el ion H 3O + porque culquier ácido más fuerte reccion totlmente con el gu pr producir H 3O + y l bse conjugd correspondiente del ácido. Igulmente, l bse más fuerte que puede existir en gu es el ion OH porque culquier bse más fuerte reccion totlmente con el gu produciendo OH y el ácido conjugdo correspondiente de l bse. Este es el efecto niveldor del solvente. 9. lculr el ph y l concentrción de un disolución de moníco (b 1, ) si su grdo de disocición es del 1,00%.

3 3 NH 3 + H O NH OH b [NH 4 ][OH ] [NH ] 3 Si de l concentrción molr inicil de moníco, o, se ionizn moles por litro, desprecindo l contribución del gu, en el equilibrio tenemos que / o ; [NH 3] o o (1 ) y [OH ] [NH 4+ ] o. Por tnto, b ( ) (1 ) 1 b 5 (1 ) 1,80 10 (1 1,00 10 (1,00 10 ) ) 0,178 ph 14 poh 14 + log[oh ] 14 + log( o ) 14 + log(0,178 x 1,00 x 10 ) 11, uál es l molridd inicil de un solución de ácido fórmico (HOOH, 1,7 x 10 4 ) cuyo ph, en el equilibrio, es de 3,6? HOOH H + + HOO Si de l concentrción molr inicil º se ionizn moles, desprecindo l contribución del gu, en el equilibrio [HOOH] º ; [HOO ] [H + ], y [H ][OO [HOOH] ] [H + ] 10 ph (10 ph ) 10 ph 4 4 ( 5, ) 1,7 10 5, , , lsifique cd un de ls siguientes especies como un ácido fuerte o débil: () HNO 3; (b) HF; (c) H SO 4; (d) HSO 4 ; (e) H O 3; (f) HO 3 ; (g) Hl; (h) HN; (i) HNO. Fuertes: ; c (en su primer disocición); g; débiles b; d; e; f; h; i.

4 4 1. lsifique cd un de ls siguientes especies como un bse fuerte o débil: () LiOH, (b) HO 3 ; (c) N ; (d) O 3 ; (e) H O; (f) lo 4 ; (g) NH. Fuertes: ; g; débiles: b; c; d; e; f. 13. lcule el porcentje de ionizción del ácido fluorhídrico ( 7,1 x 10 4 ) en ls siguientes concentrciones: () 0,60 ; (b) 0,0056 ; (c) 0,0008. omente l tendenci observd. HF H + + F Desprecindo l contribución del gu, si de l concentrción inicil molr º se ionizn moles, en el equilibrio /º, [HF] º º(1 ), [H + ] [F ] º, y [H ][F [HF] ] 1 º + 0 Resolviendo est ecución de segundo grdo pr ls diferentes concentrciones iniciles, se obtiene: () 3,38%; (b) 9,8%: (c) 76,8%. Se puede concluir, entonces, que el grdo de disocición ument l umentr l dilución. 14. En un solución un ácido monoprótico 0,040 está ionizdo en un 14%. lcule l constnte de ionizción del ácido. H + H + Se tiene /, [H], [H + ] [ ], luego [ ][H ] 0,040 (0,14) 4 [H] 1 1 0,14 9, Un disolución de piridin (piridin py, b ) tiene un ph de 8,4. lculr su concentrción y grdo de disocición. py + H O pyh + + OH

5 5 Tenemos poh 14,00 ph 5,6, [py], [OH ] [pyh + ] 10 poh,5 x 10 6, b [pyh ][OH [py] ] luego b b poh 9 poh ( 10 1,50 10 ) , , 10 6, El ácido cítrico (H 3 6H 5O 7 H 3) es un ácido con 3 protones disocibles cuyos p s son, respectivmente:,13; 4,77 y 6,40. lculr l concentrción de todos los iones presentes en un solución cuos 0,0100 de este ácido p 1 10,13 7,4 x p 10 4,77 1,7 x p ,40 4,0 x ,0100 H 3 H + H + H H + H + H 3 + H + 1 [H ][H ] [H ] 3 [H ][H ] [H ] 3 [ ][H ] [H ] 3 Desprecindo los dos últimos equilibrios porque 1, 3, nos qued un solo equilibrio el cul podemos trtr como un ácido monoprótico simple. Entonces, hciendo [H ] [H + ] y [H 3] 0, 1 0

6 6 y resolviendo est ecución de segundo grdo, se obtiene 5,67 x10 3. Por tnto, [H 3] 0 0,0100 5,67 x ,3 x 10 3, [H + ] [H ] 5,7 x10 3 y [H ] 1,7 x demás, [ 5 3 3[H 9 ] 1, 10 [H ] 7 ] 4,0 10 1, ,7 10 w 1,00 10 [OH ] [H ] 5, , lculr l concentrción de un solución de cetto de sodio cuyo ph 8,97. ((Hc) 1,80 x 10-5 ). cn c + N + c + H O ch + OH Hciendo [ch] [OH ] 10 poh 10 (ph14) 9,33 x 10 6, [c ] 0 b h w 1, , , [ch][oh [c ] ] 0 ( ) (9, b 5,6 10 ) 9, b 5,6 10 0, () lculr l relción de concentrciones ácido cético/ cetto de sodio que debe existir pr que un solución reguldor de estos teng un ph de 5,00. (b) lculr el cmbio que se producirá en este ph l ñdirle 50,0 ml de Hl 1,00 un litro de l solución reguldor que se 0,10 en ácido cético. ( 1,8 x 10-5 ). ch c + H + () Hciendo [ch] 0, [c ] S0 +, [H + ] 10 ph 1,0 x 10 5, en donde 0 y S0 son ls concentrciones iniciles de ácido cético y cetto de sodio, respectivmente, tenemos que pr un solución reguldor [c ][H ] ( [ch] S0 ) 0 S0 0 (1)

7 7 luego 5 0 1, S0 1,8 10 0,56 (b) Debido que l rección c + H + ch tiene 1/ 5,6 x 10 4, se puede considerr que todos H + gregdos como Hl reccionn con los c presentes y se trnsformn en ch. Por lo tnto, si 0 0,10, de l relción obtenid en () se tiene S0 0/0,56 0,18, y hor ls nuevs concentrciones iniciles de ácido cético y ion cetto son (Hl) x (Hl) 0, ,0 x 10 3 x 1,00 0,15 S1 S0 (Hl) x (Hl) 0,18 50,0 x 10 3 X 1,00 0,13 en donde se h supuesto que el volumen de l solución reguldor no cmbi. Entonces, de (1), [H ] S1 ph 4,68 ph 5,00 4,68 0, ,8 10 0,15,1 10 0, Se tienen 80,0 ml de un solución reguldor que es 0,169 en moníco y 0,169 en cloruro de monio. lculr l vrición de ph de est solución si se le ñden 10,0 ml de un solución 0,10 en Hl. ( b 1,80 x 10 5 ). NH 3 + H O NH OH Si ls concentrciones iniciles de moníco y de ion monio son 0 0,169 y S0 0,169, en el equilibrio se tiene [NH 3] 0, [NH 4+ ] S0 +, [OH ], y b 4 ) [NH ][OH [NH ] 3 ] ( S0 0 ()

8 8 de donde 1,8 x Este es un resultdo importnte. En tod solución reguldor en l cul ls concentrciones de l bse y de su ácido conjugdo, o sl, son igules, l concentrción de iones OH es igul b, y en tod solución reguldor en l cul l concentrción del ácido y de su bse conjugd, o sl, son igules, l concentrción de iones H + es igul. ontinundo con el problem, el ph inicil de l solución es entonces ph 14 + log 9,6 lculemos hor el ph cundo se hn gregdo est solución 10,0 ml de Hl 0,10. omo l rección NH 3 + H + NH 4 + tiene un constnte 1,8 x 10 9 muy grnde, todo el ácido que se greg reccion con NH 3 y form NH 4+. Por tnto, hor ls concentrciones de NH 3 y NH 4 + son (Hl ) (Hl) (Hl) ,169 80, ,0 10 0, (80,0 10,0) 10 (Hl ) (Hl) (Hl) 3 3 S0 0,169 80, ,0 10 0,10 S 1 3 (80,0 10,0) 10 0,14 0,16 Introduciendo estos vlores en (), se obtiene b ( S1 ) 10 de donde 1,57 x Por tnto, ph 14 + log 9,0 ph 9,6 9,0 0,06 0. Se disuelven en 100,0 ml de gu 0,0400 moles de ácido ciánico (HNO,,13 x 10-4 ) y 0,0600 moles de cinto de sodio y el volumen de l solución se llev con gu hst un litro. lcule () su ph inicil; (b) ph de l solución cundo est se diluye 10 veces y (c) cundo se diluye 100 veces.

9 9 HNO H + + NO [H ][NO [HNO] ] ( S 0 0 ) en donde 0 4,00 x 10 y S0 6,00 x 10. Por tnto, resolviendo l ecución de segundo grdo, se obtiene [H + ] 1,41 x 10 4 y ph 1 3,85. undo se diluye 10 veces 0 4,00 x 10 3, S0 6,00 x 10 3, 1,34 x 10 4 y ph 3,87. undo se diluye 100 veces 0 4,00 x 10 4, S0 6,00 x 10 4, 9,39 x 10 5 y ph 3 4, Se hierven en un sistem de destilción 0,500 g de un cloruro de monio impuro con hidróxido de sodio en exceso recogiendo el moníco desprendido sobre 100 ml de un solución de Hl 0,100. Si se requieren 7,00 ml de un solución de NOH 0,00 pr titulr el exceso de ácido que qued luego de l rección del NH 3 con l solución de Hl, cuál es porcentje de purez del cloruro de monio? Ls recciones son (1) NH 4l + NOH NH 3 + Nl + H O () NH 3 + Hl NH 4l (3)Hl + NOH Nl + H O De l rección (1) se tiene n(nh 4l) n(nh 3); de l rección () se tiene n(nh 3) n(hl) R, en donde n(hl) R es el número de moles de Hl que reccionn con el NH 3; de l rección (3) se tiene n(noh) n(hl) n(hl) T n(hl) R. Por tnto n(nh 4l) n(nh 3) n(hl) R n(hl) T n(noh) 100 x 10 3 x 0,100 7,00 x 10 3 x 0,00 8,6 x 10 3 mol w(puro) n(nh 4l) P(NH 4l) %( NH l) 100 w(impuro ) w(impuro ) , , ,500 9%

10 10. En l titulción de 5,00 ml de HNO ( 7, x 10-4 ) 0,13 con NOH 0,116, clcule () el ph inicil; (b) el ph después de ñdir 10,00 ml de NOH; (c) después de ñdir 14, ml de NOH; (d) en el punto de equivlenci; (e) después de ñdir 9,00 ml de NOH. onsulte un tbl de indicdores y dig cuál serí el más propido pr est titulción. L rección de disocición del ácido nitroso es HNO H + + NO Si en el equilibrio [HNO ] 0 y [H + ] [NO ], en donde 0 es l concentrción inicil de HNO, tenemos () [H ][NO [HNO ] ] 0 Resolviendo est ecución de segundo grdo, se obtiene [H + ] 9,40 x 10 3 ; ph,03. (b) l gregr 10,00 ml de NOH, todo el NOH se convierte en l sl NNO de cuerdo con HNO + OH NO + H O porque l constnte pr est rección, / w 7,0 x 10 10, es muy grnde. Por lo tnto, l concentrción de HNO disminuye en un cntidd equivlente l cntidd de bse gregd y l concentrción de NO ument en l mism cntidd. Por lo tnto, ls concentrciones iniciles de ácido y de sl son S ,116 10,00 3,3110 5,00 10,00,13 5,00 0,116 10,00 6,1110 5,00 10,00

11 11 en donde 0 es l concentrción inicil de l bse, es el volumen de ácido inicil y es el volumen de bse gregdo. Entonces, en el equilibrio, [HNO ] ; [NO ] S + ; [H + ], y ( S ) de donde [H + ] 1,5 x 10 3 y ph,90. (c) hor hemos gregdo 14, ml de bse, por lo tnto, l igul que en (b), S ,116 14, 4,110 5,00 14,,13 5,00 0,116 14, 4,110 5,00 14, y [H + ] 6,97 x 10 4, ph 3,16. (En relidd, l ser ls concentrciones y igules, [H + ] deberí ser igul, como en el problem 19. Esto no ocurre en este cso porque no tenemos un solución reguldor, y que no cumple con l condición > 100.) (d) En el punto de equivlenci tenemos que el número de moles de ácido es igul l número de moles de bse, es decir, x 0 x 0, luego el volumen de bse gregdo es 0 5,00 0,13 0, ,45 ml En consecuenci, hemos trnsformdo todo el ácido y tod l bse en l sl NNO, por lo que l concentrción de l sl es S 5,00 0,13 6, ,00 8,45 0 L rección hor es l de l hidrólisis del nión de l sl: NO + H O HNO + OH

12 1 y, en el equilibrio [NO ] S, [HNO ] [OH ], luego h w 14 [ HNO ][OH ] 1, , [NO 7,0 10 ] S de donde se obtiene [OH ] 9,6 x 10 7 ; poh 6,03 y ph 7,97. (e) l hber gregdo 9,00 ml de bse hemos psdo el punto de equivlenci, por lo que todo el ácido se h convertido en sl y, demás, tenemos el exceso de bse. Por lo tnto, S 5,00 0,13 6,1110 5,00 9,00 0 9,00 0,116 5,00 0,13 3 1, ,00 9, y, hor, en el equilibrio, [NO ] S, [HNO ], [OH ] +, luego h w 14 [ HNO ][OH ] ( ) 1, , [NO 7,0 10 ] S y 7,13 x 10 10, [OH ] + 1,19 x ,13 x ,19 x 10 3, poh,9 y ph 11,08. Obsérvese que como h es muy pequeñ, el nión está muy poco hidrolizdo, y en presenci de un exceso de iones OH l hidrólisis se reprime ún más según el principio de Le hâtelier, luego hemos podido desprecir l contribución de l hidrólisis l concentrción totl de OH y no resolver l ecución de segundo grdo, usndo sólo l concentrción del exceso de bse. Por último, los indicdores decudos serán quellos pr los cules p ph ± 1 en donde ph es el ph en el punto de equivlenci. En este cso, por tnto, p 7,97 ± 1 por lo que el indicdor decudo serí rojo de cresol, el cul cmbi de mrillo rojo en el intervlo de ph de 7, 8,8.