Problemas de Química 2º Bachillerato PAU Ácido base 06/02/2018 Pág. 1

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1 Problemas de Química º Bachillerato PAU Ácido base 06/0/018 Pág Cuál es la concentración molar de una disolución de amoníaco cuyo ph es el mismo que el de una disolución 4,33 10 M de NaOH? Kb 1,80 10 [NH3]0 147 μm.. A, una disolución acuosa 0,10 M de ácido acético (etanoico) presenta un ph,8. a) Calcule el valor de la constante de ionización, Ka, de dicho ácido débil a. b) Razone si las moléculas de ácido acético estarán más o menos ionizadas cuando la disolución anterior se diluya con agua hasta que la concentración final de ácido sea 0,010 M. a) Ka,0 10 M ; b) estarán más ionizadas (grado de disociación mayor). 3. A partir de los valores de Ka suministrados, deduzca si el ph de disoluciones acuosas de las siguientes sales es neutro, ácido o básico: a) NaF. b) NH4CN. c) NH4F. d) NH4Cl. Ka (HCN) 6, ; Ka (HF) 6, ; Ka (NH4 + ), La más ácida será la de NH4Cl (sal de ácido fuerte y base débil) aunque también es ácida la de NH4F. La de NH4CN será ligeramente básica y la de NaF claramente básica (sal de base fuerte y ácido débil). 4. Atendiendo a los equilibrios en disolución acuosa, razone cuál o cuáles de las siguientes especies son anfóteras (pueden comportarse como ácido y como base): a) Amoniaco (o trihidruro de nitrógeno). b) Ion hidrogenocarbonato [o ion hidroxidodioxidocarbonato(1 )]. c) Ion carbonato [o ion trioxidocarbonato( )]. d) Ion hidrogenosulfuro [o ion hidrogenosulfuro(1 )]. Por tanto son anfóteras: la b) ion hidrogenocarbonato, HCO3, y la d) ion hidrogenosulfuro, HS. Solución: Como el NaOH es una base fuerte, en agua se encontrará totalmente disociado, por lo que la concentración de OH que tiene en disolución es 4,33 10 M. Ésa es por tanto la concentración en el equilibrio que tiene que tener el amoniaco por lo que, aplicando el equilibrio: NH3 + HO NH4 + + OH inicial c M 0 en el equilibrio c x x x 4,33 10 M KK b NH 4 + [OH ] xx [NH 3 ] cc xx 1,80 10 M. que despejando (no se puede suprimir la x en el denominador el valor de c, 1, M, que se obtiene al hacerlo es demasiado cercano a 4,33 10 M ) da: cc xx + xx 4,33 10 M KK b 1,80 10 M + 4,33 10 M 1, M. Solución: Como ph,8 [H3O + ] 10,8 1, M. a) HA + HO H3O + + A inicial 0,10 M 10 7 M 0 0 formado 0 x 1, M x equilibrio 0,10 1, M 0,099 M 1, M 1, M KK a [H 3O + ] [A ] xx cc xx (1, M) 0,10 1, M,0 10 M. se podía suprimir la x en el denominador aunque no lo hemos hecho. b) Aplicando el nuevo equilibrio: HA + HO H3O + + A inicial 0,010 M 10 7 M 0 0 equilibrio 0,010 M x x x KK a [H 3O + ] [A ] xx 0,010 M xx,0 10 M. xx KK a + KK a + 4 KK a cc,0 10 M + (,0 10 M) + 4,0 10 M 0,010 M x 4, M. Este valor, aunque es menor que el valor de x en el apartado a), da un mayor resultado en el cociente entre x y c frente al apartado anterior. Eso quiere decir que el valor de x disminuye, el valor de ph aumenta (se hace menos ácido) pero el valor de α aumenta, por lo que el ácido se disocia más. Solución: a) La disolución contiene los iones Na + y F. NaF F + Na + F + H O HF + OH Na + + H O NaOH + H 3 O + medio básico. (se hidrata) b) La disolución contiene los iones NH4 + y CN. NH 4 CN CN + + NH 4 CN + H O HCN + OH NH H O NH 3 + H 3 O + Como la constante básica del CN, 1,6 10, es mayor que la Ka del NH4 + estará más desplazada hacia la derecha la reacción del CN por lo que habrá más iones OH y la disolución será básica. c) La disolución contiene los iones NH4 + y F. NH 4 F F + F + H O HF + OH + NH 4 NH H O NH 3 + H 3 O + Como la constante básica del F, 1, 10 11, es menor que la ácida del NH4 + estará más desplazada hacia la derecha la reacción del NH4 + por lo que habrá más iones H3O + y la disolución será ácida. d) La disolución contiene los iones NH4 + y Cl. NH 4 Cl Cl + + NH 4 Cl + H O HCl + OH (se hidrata) NH H O NH 3 + H 3 O + medio ácido. Solución: a) NH3 + HO NH4 + + OH ; NH3 + HO NH + H3O + (aunque la especie NH existe, no tiene existencia en disolución acuosa). b) HCO3 + HO HCO3 + OH ; HCO3 + HO CO3 + H3O + c) CO3 + HO HCO3 + OH ; CO3 + HO + H3O + (no puede ser porque no puede perder un protón). d) HS + HO HS + OH ; HS + HO S + H3O + Por tanto son anfóteras las especies químicas a), amoniaco, NH3 (aunque no en disolución acuosa), la b), ion hidrogenocarbonato,hco3, y la d), ion hidrogenosulfuro, HS.

2 Problemas de Química º Bachillerato PAU Ácido base 06/0/018 Pág.. Calcule el grado de disociación y la molaridad de una disolución de ácido acético en la que la concentración de iones oxidanio es 1, M. Ka (ác. acético) 1,8 10 α 1,3 % ; c 0,10 M. 6. Calcule el ph de la disolución que resulta cuando se añaden 0,80 litros de ácido acético 0, M a 0,0 litros de hidróxido de sodio 1,0 M. ph 9,0. Ka (ácido acético) 1,8 10 Solución: CH3COOH + HO H3O + + CH3COO inicial c 10 7 M 0 0 en el equilibrio c x x 1, M x KK a [H 3O + ] [Ac ] xx [HAc] cc xx 1,8 10 M. que despejando (se puede suprimir la x en el denominador no lo vamos a hacer ) da: cc xx + xx (1, M) KK a 1,8 10 M + 1, M 0,10 M. El grado de disociación se obtiene de: xx cc αα αα xx cc xx xx 1 KK + xx 1 + xx a KK a 1 0,013 1,3 % , M 1,8 10 M Solución: La disolución contiene inicialmente 0,80 L 0, M 0,0 moles de HAc y 0,0 L 1,0 M 0,0 moles de NaOH que se neutralizan, formándose 0,0 moles de Ac que se encuentran en 0,0 L + 0,80 L 1,00 L de disolución, por lo que la concentración de partida en acetato es de 0,0 mol 0,0 M. [Ac ] nn VV 1,0 L Aplicando el equilibrio de hidrólisis del acetato: Ac + HO HAc + OH inicial 0,0 M M 0 en el equilibrio 0, M x x x KK b KK w [OH ] [HAc] xx KK a [Ac ] 0,0 M xx 1, M 1,8 10 M, M. que despejando (se puede suprimir la x en el denominador aunque no lo vamos a hacer ) da: 7. Calcule el ph de una disolución acuosa que contiene un 3,0 % en masa de ácido cianhídrico, HCN, si su densidad es de 0,910 g cm 3. Ka (HCN) 6, ; Masas atómicas, (g mol 1 ): Mat(H) 1,0 ; Mat(C) 1,0 ; Mat(N) 14,0 ph 4,07. KK b + KK b + 4 KK b cc xx, M + (, M) + 4, M 0,0 M x 1,06 10 M [OH ] poh log [OH ] 4,98 ph 14 poh 9,0. Solución: Primero calculamos la concentración inicial de HCN. La concentración de la disolución inicial la obtenemos se podría aplicar [HCN] 0 [HCN] 0 % dd 10 MM m mediante: 3,0 g de HCN 100 g de disolución 0,910 g de disolución cm 3 cm3 1 L 7,0 g de HCN mol 1 11,8 M. HCN + HO H3O + + CN inicial 11,8 M 10 7 M 0 0 en el equilibrio 11,8 M x x x KK a [H 3O + ] [CN ] xx [HCN] 11,8 M xx 6, M. xx KK a + KK a + 4 KK a cc 6, M + (6, M) + 4 6, M 11,8 M x 8,6 10 M. El ph vendrá dado por: ph log [H3O + ] log (8,6 10 ) 4,07.

3 Problemas de Química º Bachillerato PAU Ácido base 06/0/018 Pág Calcule la concentración inicial de ácido cianhídrico, HCN, en una disolución acuosa cuyo ph,30. K a (HCN) 4, [HCN]0,1 cm (,0 cm teniendo en cuenta la disociación del agua). 9. Calcule los gramos de ácido acético que se deben disolver en agua para obtener 00 ml de una disolución que tenga un ph,7. Ka(ácido acético) 1,80 10 ; Masas atómicas: Mat (g mol 1 ): H 1,0 ; C 1,0 ; O 16,0 mhac 6,1 g. 10. Conocidos los ácidos HA (Ka 3, ), HB (Ka, 10 3 ) y HC (Ka 1, 10 1 ), justifique: a) cuál es el ácido más débil; b) cuál es el que posee la base conjugada más débil; c) si podría establecerse un equilibrio entre HA y B ; d) el carácter fuerte o débil de A. a) El HC ; b) HB (base más débil: B ) ; c) Sí se podría al ser un ácido y una base, aunque no estaría muy desplazado hacia la derecha ; d) A es la base conjugada de un ácido débil (analizando la constante se ve que es débil, aunque más fuerte que las bases conjugadas de ácidos más fuertes que HA). Solución: Como ph,30 [H3O + ] 10,30, M HCN + HO H3O + + CN inicial c 10 7 M 0 0 en el equilibrio c x x, M x KK a [H 3O + ] [CN ] xx [HCN] cc xx 4, M. que despejando (se puede suprimir la x en el denominador no lo vamos a hacer ) da: cc xx + xx (, M) KK a 4, M +, M,1 10 M. Si no se considera despreciable la aportación de oxidanios del agua (lo cual es verdad porque la concentración de oxidanios en disolución solo es 0 veces mayor que la que aporta el agua, la resolución del problema sería de otra forma: HCN + HO H3O + + CN inicial c c0 1, M 0 en el equilibrio c x c0 + x, M x KK a [H 3O + ] [CN ] 4, M. [HCN] que despejando da: cc, M (, M 1, M) 4, M, M (, M 1, M) cc (, M 1, M) + (, M 1, M),0 10 M. Solución: Como ph,7 [H3O + ] 10,7 1, M. HAc + HO H3O + + Ac inicial c 10 7 M 0 0 en el equilibrio c x x 1, M x KK a [H 3O + ] [Ac ] xx [HAc] cc xx 1,80 10 M. que despejando (se puede suprimir la x en el denominador no lo vamos a hacer ) da: cc xx + xx (1, M) KK a 1,80 10 M + 1, M, M. Por último, y como la masa molecular del ácido acético, CH3 COOH, es: mm 1, , , ,0 + 1,0 1 60,0. MM MM m VV mm MM VV MM m, M 0,00 L 60,0 g mol 1 6,1 g. Solución: a) La expresión de la constante de un ácido es: KK a [A ] [H 3 O + ]. Cuanto más desplazada hacia la derecha esté la reacción de disociación mayor es la constante y más fuerte es el ácido. Por tanto el ácido más débil es el HC por tener la constante más pequeña. b) Cuanto más fuerte es un ácido, más débil es su base conjugada, ya que la reacción inversa tendrá una constante más pequeña. Por tanto la base conjugada más débil es B. c) El equilibrio entre HA y B sí puede darse, aunque estará muy desplazado hacia la izquierda, ya que la constante de la reacción tiene un valor pequeño: HA + B HB + A. KK [A ] [HB] [B ] [A ] [HB] [H 3 O + ] [B ] [H 3 O + ] [A ] [H 3 O + ] [HB] d) A tiene carácter básico, aunque es débil: A + HO HA + OH. KK [OH ] [A [OH ] [H 3 O + ] ] [A ] [H 3 O + ] [B ] [H 3 O + ] KK aa KK ab 1, [A ] [H 3 O + ] KK w KK w KK a 1, ,6 10 6,

4 Problemas de Química º Bachillerato PAU Ácido base 06/0/018 Pág Conteste razonadamente y escriba las ecuaciones químicas correspondientes a los procesos que describa: a) Una disolución de acetato de potasio, es ácida, básica o neutra? b) Una disolución de nitrato de sodio, es ácida, básica o neutra? c) Una disolución equimolecular de acetato de potasio y ácido acético, es una disolución reguladora de ph? Es ácida, básica o neutra? d) El ion amonio, tiene carácter ácido o básico? Kb (amoniaco) 1,8 10 ; Ka (ácido acético o ácido etanoico) 1,8 10 a) Es básica ; b) Es neutra ; c) Sí es una disolución tampón; tiene carácter ácido (ph 4,74); d) El ion NH4 + es ácido, ya que es el ácido conjugado de la base NH3. 1. Dadas las constantes de acidez de las especies químicas: CH3COOH, HF, HSO4 y NH4 +, a) ordene las cuatro especies de mayor a menor acidez; b) escriba sus correspondientes reacciones de disociación ácida en disolución acuosa; c) identifique sus bases conjugadas y ordénelas de mayor a menor basicidad; d) escriba la reacción de transferencia protónica entre la especie química más ácida y la base conjugada más básica. Ka(CH3COOH) 1,8 10 ; Ka(HF) 7, 10 4 ; Ka(HSO4 ) 1, 10 ; Ka(NH4 + ), a) HSO4 > HF > CH3 COOH >> NH4 + ; b) HSO4 + HO H3O + + SO4 ; HF + HO H3O + + F ; CH3 COOH + HO H3O + + CH3 COO ; NH4 + + HO H3O + + NH3 ; c) NH3 >> CH3 COO > F > SO4 ; d) HSO4 + NH3 NH4 + + SO Defina los siguientes conceptos: a) Ácido de Brønsted Lowry. Ponga un ejemplo. b) Base de Brønsted Lowry. Ponga un ejemplo. a) Ácido de Brønsted Lowry es una sustancia capaz de ceder protones en disolución acuosa; el ácido clorhídrico: HCl + HO H3O + + Cl ; b) Base de Brønsted Lowry es una sustancia capaz de captarlos en disolución acuosa; el hidróxido de sodio: NaOH + HO Na + + OH. 14. Demuestre que el grado de disociación del ácido nitroso aumenta al diluir una disolución acuosa de dicho ácido desde 0,10 M hasta 0,010 M. Ka (HNO) 4, 10 4 α0,10 M 6, % ; α0,010 M 19 %. 1. Determine la [OH ] y la [H + ] en una disolución de amoniaco 0,010 M que está ionizada en un 4, %. Qué ph tiene esta disolución? [OH ] 4, 10 4 M ; [H3O + ], M ; ph 10,6. Solución: Consideramos ácidos o bases fuertes todas las especies químicas de las que no nos dan como dato su constante. a) KOOC CH3 (KAc). La disolución contiene los iones K + y Ac. KAc K + + Ac K+ + H O KOH + H 3 O + (se hidrata) Ac + H O HAc + OH medio básico. b) NaNO3. La disolución contiene los iones Na + y NO3. NaNO 3 Na + + NO 3 Na+ + H O NaOH + H 3 O + (se hidrata) NO 3 + H O HNO 3 + OH medio neutro. (se hidrata) c) La disolución contiene la especie HAc y los iones K + y Ac. Como el ácido acético es un ácido débil: HAc + HO Ac + H3O +. Como hay una concentración apreciable de cada una de las especies del par HAc/Ac, la disolución sí se comportará como una disolución reguladora de ph. Por ser mayor la constante Ka de 10 7 (y por tanto menor de ese valor la constante Kb) el comportamiento del par será ácido. KK a [Ac ] [H 3 O + ] c [H 3O + ] [H [HAc] c 3 O + ] 1,8 10 M. ph log [H3O + ] log (1,8 10 ) 4,74. d) El amoniaco en disolución acuosa da lugar al siguiente equilibrio: NH3 + HO NH4 + + OH. Como tiene una constante básica, la especie NH3 será la forma básica y el NH4 + es su ácido conjugado. Por lo tanto el ion NH4 + tiene carácter ácido. Solución: a) Un ácido tiene mayor fortaleza cuando su constante es mayor, porque eso implica que desprende con mayor facilidad protones en disolución acuosa. Por tanto el orden de acidez es: HSO4 > HF > CH3 COOH >> NH4 +. b) HSO4 + HO H3O + + SO4 ; HF + HO H3O + + F ; CH3 COOH + HO H3O + + CH3 COO ; NH4 + + HO H3O + + NH3. c) El orden de basicidad será el inverso al de acidez puesto que a un ácido, cuanto más ácido sea, le corresponde una base más débil: NH3 >> CH3 COO > F > SO4. d) HSO4 + NH3 NH4 + + SO4. Solución: a) Un ácido de Brønsted Lowry es una sustancia capaz de ceder protones en disolución acuosa. Un ejemplo podría ser el ácido nítrico: HNO3 + HO H3O + + NO3. b) Una base de Brønsted Lowry es una sustancia capaz de captar protones en disolución acuosa. Un ejemplo podría ser el amoniaco: NH3 + HO NH4 + + OH. Solución: Aplicando el equilibrio al ácido nitroso: HNO + HO NO + H3O + inicial c M 0 gastado x c α 0 0 formado 0 x c α x c α en el equilibrio c c α c α c α KK a [NO ] [H 3 O + ] [HNO ] (cc αα) cc αα cc cc αα 1 αα αα KK a + KK a + 4 KK a cc cc αα KK a cc. Sustituyendo (se puede suprimir el α en el denominador aunque no lo vamos a hacer ) da: αα 0,10 M 4, 10 4 M + (4, 10 4 M) + 4 4, 10 4 M 0,10 M 6, 10 6, % 0,10 M αα 0,010 M 4, 10 4 M + (4, 10 4 M) + 4 4, 10 4 M 0,010 M 0,19 19 %. 0,010 M Solución: Calculamos x: x c α 0,010 M 0,04 4, 10 4 M. Aplicando el equilibrio del amoniaco: NH3 + HO NH4 + + OH inicial 0,010 M M 0 gastado x 4, 10 4 M 0 0 en el equilibrio 0,010 M 4, 10 4 M 4, 10 4 M [OH ] [NH4 + ] 4, 10 4 M. La concentración de H3O + se calcula mediante: [H 3 O + ] KK w [OH ] 1, M 4, 10-4 M, M. Aplicando la relación entre el ph y el poh: poh log [OH ] log [4, 10 4 M] 3,38 ph 14 poh 10,6.

5 Problemas de Química º Bachillerato PAU Ácido base 06/0/018 Pág. 16. El ácido butanoico es un ácido débil de Ka 1,8 10. Calcule: a) el grado de disociación de una disolución 0,00 M del ácido butanoico; b) el ph de la disolución 0,00 M; c) el ph de la disolución que resulta al añadir 0,00 moles de HCl a 0 ml de una disolución 0,00 M de ácido butanoico. Suponga que no hay variación de volumen. a) α 0,030 3,0 % ; b) ph 3,3 ; c) ph 0, El nitrito de sodio, NaNO, y el benzoato de sodio, C6HCOONa, son dos sales que se utilizan como conservantes en la industria alimentaria. a) Escriba las reacciones que se producen cuando se disuelve nitrito de sodio en agua. Justifique, a partir del modelo de Brønsted y Lowry, si la solución será ácida, neutra o básica. b) Si se compara el ph de dos soluciones acuosas, una de nitrito de sodio y la otra de benzoato de sodio, de la misma concentración molar y a la misma temperatura, cuál tendrá el ph más alto? Explique razonadamente la respuesta. Constante de acidez (Ka) del HNO a 7, 10 4 ; Constante de acidez a, Ka (C6HCOOH) 6,3 10 ; Constante de ionización del agua a ºC, Kw 1, a) NaNO Na + + NO [NO + HO HNO + OH ]; será básica ; b) La disolución de benzoato de sodio, C6H COONa. 18. Explique razonadamente si son ciertas o no cada una de las siguientes afirmaciones referidas al momento en el que se alcanza el punto de equivalencia en una valoración ácido base. a) El ph de la disolución formada puede ser distinto de 7. b) El número de moles de ácido y de base que han reaccionado son iguales. c) Los volúmenes de ácido y de base consumidos son iguales. a) Verdadera. Depende de la fortaleza de ácido y base ; b) Falsa. Solo si el número de H + y de OH de cada molécula de ácido y base es el mismo ; c) Falsa, por lo mismo que el anterior. 19. Indique, razonadamente, si el ph de las disoluciones acuosas de las especies químicas siguientes es mayor, menor o igual a 7: a) NH3. b) NH4Cl. c) CaCl. a) Medio básico: ph > 7 ; b) Medio ácido: ph < 7 ; c) Medio neutro: ph 7. Solución: HA + HO H3O + + A inicial 0,00 M 10 7 M 0 0 en el equilibrio 0,00 M x x x KK a [H 3O + ] [A ] xx 0,00 M xx 1,8 10 M. xx KK a + KK a + 4 KK a cc 1,8 10 M + (1,8 10 M) + 4 1,8 10 M 0,00 M x, M [H3O + ] [A ] 0,00 M, M 0,019 M. a) El grado de disociación vale: αα xx cc, M 0,030 3,0 %. 0,09 M b) El ph vendrá dado por: ph log [H3O + ] log (, ) 3,3. c) Al añadir 0,00 moles de HCl en 0 ml de disolución, y ser éste un ácido fuerte, añadimos realmente una concentración inicial de protones de: [H3O + ] 0,00 mol/0, L 0,0 M c. Esta concentración es tan grande, comparada con la proveniente del ácido que ya de por sí es la solución. Pero, para demostrar hasta que punto es despreciable, planteamos el equilibrio con esa cantidad inicial de protones: HA + HO H3O + + A inicial 0,00 M 0,0 M 0 en el equilibrio 0,00 M x 0,0 M + x x KK a [H 3O + ] [A ] (0,0 M + xx) xx 0,00 M xx 1,8 10 M ; xx (cc + KK a) + (cc + KK a ) + 4 KK a cc xx 0,0 M + 1,8 10 M + (0,0 M + 1,8 10 M) + 4 1,8 10 M 0,00 M. x 1, M [A ] 0,00 M 1, M 0,00 M. [H3O + ] 0,0 M + 1, M 0,0 M ph log [H3O + ] log (0,0) 0,70. Solución: a) La disolución contiene los iones Na + y NO. NaNO Na + + NO Na+ + H O NaOH + H 3 O + (se hidrata) NO medio básico. + H O HNO + OH b) Como ambas sales provocan una hidrólisis de sal de ácido débil y base fuerte recurrimos a los equilibrios de forma general: A + HO HA + OH inicial c M 0 en el equilibrio c x x x La expresión de la constante de hidrólisis es: KK b KK w [OH ] KK a [A xx ] cc xx. Un valor menor de Ka implica que el cociente de constantes es mayor y que o el numerador ha de ser mayor (lo cual se consigue con valores más altos de x) o el denominador ha de ser menor (lo que implica también mayores valores de x). Por tanto, cuanto menor sea Ka mayor es el valor de x y menor el valor del poh, ya que poh log [OH ] log x. A su vez el valor de ph será mayor, ya que ph 14 poh. El valor mayor de ph lo tendrá por tanto el que tenga un valor de Ka menor, que es el benzoato de sodio, C6H COONa. Solución: a) Verdadera. Depende de la fortaleza del ácido o base implicados en la valoración. Si el ácido es más fuerte que la base (Ka > Kb), el ph será menor que 7 y al revés. b) Falsa. Sólo es verdadero si el número de H3O + desprendidos por una molécula del ácido coincide con el número de OH cedidos (o el número de H3O + captados) por una molécula de la base. c) Falsa. Sólo es verdadero si el número de H3O + desprendidos por una molécula del ácido coincide con el número de OH cedidos (o el número de H3O + captados) por una molécula de la base. La fórmula que rige la equivalencia es: aácido Vácido Mácido abase Vbase Mbase, donde a es el número de OH o H3O + que cede o capta una molécula del compuesto. Solución: a) El amoniaco en disolución acuosa da lugar al siguiente equilibrio: NH3 + HO NH4 + + OH. Por tanto la disolución será básica: ph > 7. b) La disolución contiene los iones NH4 + y Cl. NH 4 Cl Cl + + NH 4 Cl + H O HCl + OH (se hidrata) NH H O NH 3 + H 3 O + c) La disolución contiene los iones Ca + y Cl. CaCl Ca + + Cl Ca+ + H O Ca(OH) + H 3 O + (se hidrata) Cl + H O HCl + OH (se hidrata) medio ácido pppp < 7. medio neutro pppp 7.

6 Problemas de Química º Bachillerato PAU Ácido base 06/0/018 Pág Razone si son ciertas o no las siguientes proposiciones: a) El hidróxido de sodio se disocia totalmente en una disolución acuosa 0,01 M. b) El amoniaco en disolución acuosa 0,01 M (hidróxido de amonio) no se disocia totalmente. c) En una disolución que contiene 0,01 mol L 1 de hidróxido de sodio y 0,01 mol L 1 de hidróxido de amonio el grado de disociación de los dos hidróxidos es menor que cuando estaban en disoluciones separadas. d) La adición de 0,01 moles de ácido fuerte a un litro de la disolución del apartado anterior da lugar a una disolución con un ph igual al de la del apartado b). a) Cierta; base muy fuerte ; b) Cierta; base débil ; c) Cierta en parte; el de amonio se disociará menos que antes ; d) Falsa; solo es cierto si el ácido fuerte que se añade es monoprótico. 1. Responda, razonadamente, las siguientes cuestiones: a) Cuál es el ph de 0 ml de una disolución 0,10 M de NaOH? b) Cuál será el ph de la disolución que resulta al añadir agua a la anterior hasta que el volumen resultante sea diez veces mayor? c) Cuál es el ph de 100 ml de una disolución 0,010 M de HCl? a) ph 13,00 ; b) ph 1,00 ; c) ph,00.. Se disuelven 3 g de ácido metanoico, HCOOH, en agua hasta obtener 10 litros de disolución. La concentración de iones H3O + es 0,003 0 M. Calcule: a) el ph de la disolución y el grado de disociación; b) la constante Ka del ácido. Masas atómicas, (g mol 1 ): Mat(H) 1,0 ; Mat(C) 1,0 ; Mat(O) 16,0 a) ph,; α 0,060 6,0 % ; b) Ka 1, M. 3. Se preparan 100 ml de una disolución de amoniaco diluyendo con agua,0 ml de amoniaco del 30,0 % en masa y de densidad 0,894 g ml 1. Calcule: a) la concentración de la disolución diluida; b) el ph de esta disolución. Masas atómicas, (g mol 1 ): Mat(H) 1,0 ; Mat(N) 14,0 ; Kb (amoniaco) 1,8 10 a) [NH3]dil 3,16 dm ; b) ph 11, Se preparan disoluciones acuosas de igual concentración de HCl, NaCl, NH4Cl y NaOH. Conteste de forma razonada: a) Qué disolución tendrá mayor ph? b) Qué disolución tendrá menor ph? c) Qué disolución es neutra? d) Qué disolución no cambiará su ph al diluirla? Ka (NH4 + ) 10 9 a) La de NaOH ; b) la de HCl ; c y d) la de NaCl. Solución: a) Sí, por ser una base muy fuerte: NaOH Na + + OH. b) Cierta; el amoniaco es una base débil que se disocia sólo parcialmente: NH3 + HO NH4 + + OH (la constante es del orden de 1,8 10 M). c) Cierta en parte; el hidróxido de sodio estaba y está disociado completamente (al 100 %), mientras que el de amonio se disociará menos que antes, al haber un exceso de iones OH aportados por el NaOH (efecto de ion común Le Châtelier ). d) Falsa; soólo es cierto si el ácido fuerte que se añade es monoprótico (sólo cede un protón) y se considera que no hay variación de volumen. Solución: Como es una base fuerte siempre está totalmente disociada. a) El ph lo da la concentración y no el volumen, por lo que el dato de volumen sobra. poh log [OH ] log (0,10) 1,00 ph 14 poh 14 1,00 13,00. b) Ahora hay una dilución que cumple: V M V M, por lo que la nueva concentración es: V 0,10 M 10 V M M 0,010 M poh log [OH] log (0,010),00 ph 14,00 1,00. c) El ph lo da la concentración y no el volumen, por lo que el dato de volumen sobra. Como es un ácido fuerte, está totalmente disociado. ph log [H3O + ] log (0,010),00. Solución: Calculamos primero la masa molecular del ácido que es: 1, , ,0 + 1,0 1 46,0 g mol 1. Por tanto, la concentración inicial de ácido metanoico es: cc nn mm 3 g VV MM mm VV 46,0 g mol 1 0,00 M. 10 L a) El ph vendrá dado por ph log [H3O + ] log (0,003 0),. El grado de disociación vale: αα xx cc 0,003 0 M 0,060 6,0 %. 0,00 M b) HMet + HO H3O + + Met inicial 0,00 M 10 7 M 0 0 formado 0 x 0,003 0 M x en el equilibrio 0,047 M 0,003 0 M 0,003 0 M (0,003 0 M) 0,047 M 1, M. KK a [H 3O + ] [Met ] [HMet] La x en el denominador se podría haber despreciado (es menos del 10 % del valor de c). En tal caso, el valor de la constante, Ka, nos hubiera dado ligeramente inferior, 1, M. Solución: a) Primero calculamos la concentración inicial de NH3. La concentración de la disolución inicial la obtenemos se podría aplicar [NH 3 ] 0 % dd 10 MM m mediante: 30 g de NH g de disolución 0,894 g de disolución cm cm3 1 L [NH 3 ] 0 17 g de NH 3 mol 1 1,78 M. Al diluir varía la concentración según: V0 M0 V1 M1 de donde,0 cm 3 1,78 M 100 cm 3 M1 M1 0,316 M. b) Aplicando el equilibrio del amoniaco: NH3 + HO NH4 + + OH inicial 0,316 M M 0 en el equilibrio 0,316 M x x x KK b [OH ] [NH + 4 ] xx [NH 3 ] 0,316 M xx 1,8 10 M. que despejando (se puede suprimir la x en el denominador aunque no lo vamos a hacer ) da: KK b + KK b + 4 KK b cc xx 1,8 10 M + (1,8 10 M) + 4 1,8 10 M 0,316 M x, M [OH ] poh log [OH ],6 ph 14 poh 11,38. Solución: El HCl es un ácido fuerte; el NaCl es una sal preveniente de ácido fuerte y base fuerte (por tanto, neutra); el NH4Cl es una base proveniente de ácido fuerte y base débil (por tanto su hidrólisis es ácida); el NaOH es una base fuerte. a) El mayor ph lo tiene la sustancia más básica; por tanto, el NaOH. b) El menor ph lo tiene la sustancia más ácida; por tanto, el HCl. c) Neutra es la disolución del NaCl, por hidratarse ambos iones Na + y Cl. d) No cambia el ph de la disolución de NaCl, que se mantiene en 7. El de las demás cambia, por ser una dilución de sustancias ácidas o básicas.

7 Problemas de Química º Bachillerato PAU Ácido base 06/0/018 Pág. 7. Se sabe que 0 ml de una disolución de oxidoclorato(1 ) de hidrógeno, HClO, que contiene,6 gramos de dicho ácido tiene un ph de 4,10. Calcule: a) la constante de disociación del ácido; b) el grado de disociación. Masas atómicas, (g mol 1 ): Mat(H) 1,0 ; Mat(O) 16,0 ; Mat(Cl) 3, a) Ka 3, 10 8 mol L 1 ; b) α 4, ,040 %. 6. Sea una disolución acuosa 1,0 M de un ácido débil monoprótico cuya Ka 1,0 10 a. Justifique si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas. a) Su ph será mayor que 7. b) El grado de disociación será aproximadamente 0,. c) El grado de disociación aumenta si se diluye la disolución. d) El ph aumenta si se diluye la disolución. a) Falsa; el ph vale,0 < 7 ; b) Falsa; α 3, 10 3 << 0, ; c) Verdadera; aumenta (Le Châtelier) ; d) Verdadera; la [H3O + ] disminuye, por lo que el ph aumenta. Solución: a) Calculamos la concentración inicial del ácido: mm,6 g HClO cc nn VV MM m VV, g (mol HClO) 1 0,0 M. 1 L 0 ml ml Como ph 4,10 [H3O + ] 10 4,10 7,9 10 M. HClO + HO H3O + + ClO inicial 0,0 M 1, M 0 0 formado 0 x 7,9 10 M x equilibrio 0,0 7,9 10 M 0,0 M 7,9 10 M 7,9 10 M KK a [H 3O + ] [ClO ] xx [HClO] cc xx b) El grado de disociación se calcula sabiendo que x c α: αα xx cc 7,9 10 M 7,9 10 M 0,0 7,9 10 M 3, 10 8 M. 0,0 M 4, M 0,040 %. Solución: HA + HO H3O + + A inicial 1,0 M 10 7 M 0 0 en el equilibrio 1,0 M x x x KK a [H 3O + ] [A ] xx 1,0 M xx 1,0 10 M. xx KK a + KK a + 4 KK a cc 1,0 10 M + (1,0 10 M) + 4 1,0 10 M 1,0 M x 3, 10 3 M [H3O + ] [A ] 1,0 M 3, 10 3 M 0,997 M a) El ph vendrá dado por: ph log [H3O + ] log (3, 10 3 ),0. Es falsa, ya que el ph es claramente menor que 7, como era razonable pensar ya que es la disociación de un ácido, que debe ser ácida. b) El grado de disociación vale: αα xx cc 3, 10 3 M 1,0 M 3, ,3 %. Es claramente menor que el valor propuesto de 0, por lo que es falsa. c) (cc αα) cc αα KK a αα KK a + KK a + 4 KK a cc. cc cc αα 1 αα cc Como la constante es constante (si no varía la temperatura), una disminución de c (la c en el denominador implica a todo mientras que en el numerador hay términos sobre los que no influye) conlleva un aumento de α. Por tanto es verdadero. d) Por lo mismo expuesto en el apartado anterior (aunque la reacción se desplaza hacia la descomposición del ácido, la dilución es un efecto mayor), es verdadero. Menor concentración de H3O + implica mayor ph.