Cuestiones Problemas Acido Base

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Cuestiones Problemas Acido Base

  1. 1. CUESTIONES Y PROBLEMAS ÁCIDO-BASE Autor: Tomás Mata García
  2. 2. CUESTIONES 1.- Considere cuatro disoluciones A, B, C y D caracterizadas por: A: pH = 4 ; B: [OH-] = 10-14 M; C: [H3O+] = 10-7M; D: pOH =5. a) Ordénelas de menor a mayor acidez. b) Indique cuáles son ácidas, básicas o neutras. Solución: a) D < C < A < B A: pH=4 ; B: pOH=14 y pH=0 ; C: pH=7 ; D: pOH=5 y pH=9 b) Ácidas: A y B Básicas: D Neutras: C 2.- De acuerdo con la teoría de Brönsted y Lowry: a) Justifique el carácter básico del amoniaco. b) Explique si el CH3COONa genera pH básico. c) Razone si la especie HNO2 puede dar lugar a una disolución de pH>7? Solución: a) El amoniaco acepta protones del agua: NH 3 + H 2O NH 4 + OH − + b) El CH3COONa es una sal que proviene de un ácido débil y una base fuerte y por tanto sufre hidrólisis el ion CH3COO-. CH 3COONa CH 3COO − + Na + CH 3COO − + H 2O CH 3COOH + OH − c) El HNO2 es un ácido y se disocia según la ecuación: HNO2 + H 2O NO2 + H 3O + − Por tanto las disoluciones tienen carácter ácido y su pH es siempre <7.
  3. 3. 3.- De acuerdo con la teoría de Brönsted-Lowry, indique cuáles de las siguientes especies: HSO4-, HNO3, S=, NH3, H2O y H3O+. a) Actúan sólo como ácido. b) Actúan sólo como base. c) Actúan como ácido y base. Solución: a) Actúan sólo como ácido: HNO3 y H3O+ HNO3 + H 2O NO3− + H 3O + H 3O + + H 2O H 2O + H 3O + b) Actúan sólo como base: S= y NH3 NH 3 + H 2O NH 4 + OH − + S = + H 2O HS − + OH − c) Actúan como ácido y base: HSO4- y H2O − HSO4 + H 2O SO4 + H 3O + : Ácido = − HSO4 + H 2O H 2 SO4 + OH − : Base H 2O + H 2O H 3O + + OH − : Ácido / Base 4.- Dada la siguiente tabla: Ácido Base Ka Kb CH3COOH - 1,8. 10-5 - - CH3-NH2 - 4,4. 10-4 HCN - 4,9. 10-10 - a) Complete la tabla. b) Ordene según la fuerza relativa, en disolución acuosa, los ácidos y las bases conjugadas que en ella aparecen.
  4. 4. Solución: a) Ácido Base Ka Kb CH3COOH CH3COO- 1,8. 10-5 5,56. 10-10 CH3-NH3+ CH3-NH2 2,27. 10-11 4,4. 10-4 HCN CN- 4,9. 10-10 2,04. 10-5 b) Ácidos: CH3COOH > HCN > CH3-NH3+ Bases: CH3-NH2 > CN- > CH3COO- 5.- De las siguientes especies químicas: H3O+; HCO3-; CO3=; H2O; NH3; NH4+, explique según la teoría de Brönsted-Lowry: a) Cuáles pueden actuar sólo como ácido. b) Cuáles sólo como base. c) Cuáles como ácido y como base. Solución: a) Actúan sólo como ácido: NH4+ y H3O+ + NH 4 + H 2O NH 3 + H 3O + H 3O + + H 2O H 2O + H 3O + b) Actúan sólo como base: CO3= y NH3 NH 3 + H 2O NH 4 + OH − + CO3= + H 2O HCO3− + OH − c) Actúan como ácido y base: HCO3- y H2O HCO3− + H 2O CO3= + H 3O + : Ácido HCO3− + H 2O H 2CO3 + OH − : Base H 2O + H 2O H 3O + + OH − : Ácido / Base
  5. 5. 6.-Para las siguientes sales: NaCl; NH4NO3 y K2CO3. a) Escriba las ecuaciones químicas correspondientes a su disolución en agua. b) Clasifique las disoluciones en ácidas, básicas o neutras. Solución: a) NaCl Na + + Cl − NH 4 NO3 NH 4 + NO3− + K 2CO3 2 K + + CO3= b) Ácida: NH4NO3: NH 4 NO3 NH 4 + NO3− + + NH 4 + H 2O NH 3 + H 3O + Básica: K2CO3: K 2CO3 2 K + + CO3= CO3= + H 2O HCO3− + OH − Neutra: NaCl. No sufre hidrólisis ninguno de los iones en que se disocia. 7.- Complete los siguientes equilibrios ácido-base identificando, de forma razonada, los pares conjugados: a) ----- + H2O CO3= + H3O+ b) NH4+ + OH- H2O + ----- - c) F + H 2O OH- + ----- Solución: a) HCO3- + H2O CO3= + H3O+ b) NH4+ + OH- H2O + NH3 - c) F + H 2O OH- + HF 8.- Complete los siguientes equilibrios ácido-base e identifique los pares conjugados, según la teoría de Brönsted-Lowry: a) CO3= + H3O+ b) NH4+ + H2O c) NO2- + H2O
  6. 6. Solución: a) CO3= + H3O+ HCO3- + H2O b) NH4+ + H2O NH3 + H3O+ c) NO2- + H2O HNO2 + OH- 9.- El valor del pH de la saliva de una persona es 6,7: a) ¿La disolución será ácida, básica o neutra? b) ¿Cuál es la concentración molar de iones hidronios? c) ¿Cuál es la concentración molar de iones hidróxido en esa disolución? Solución: a) Como el pH es menor que 7, la disolución es ácida. b) [H3O+] = 10-6,7 = 2x10-7 M c) [OH-] = 1x10-14/2x10-7 = 5x10-8 M 10.- Razone si son ciertas o falsas las siguientes proposiciones para una disolución 0,1 M de HCl: a) El pH es igual a 1. b) [Cl-] = 0,1 M c) [HCl] = 0,1 M Solución: a) Verdadera: El ácido HCl es un ácido fuerte, por tanto estará completamente disociado: HCl + H2O ⇒ H3O+ + Cl- => [H3O+] = 0,1 M => pH=1 b) Verdadera: Por la misma razón, [Cl-] = 0,1 M c) Falsa. [HCl] = 0
  7. 7. 11.- Razone y, en su caso, ponga un ejemplo si al disolver una sal en agua se puede obtener: a) Una disolución de pH básico. b) Una disolución de pH ácido. Solución: a) Se obtienen disoluciones de pH básico cuando las sales provienen de ácidos débiles y bases fuertes. Ejemplo: K2CO3 K 2CO3 2 K + + CO3= CO3= + H 2O HCO3− + OH − b) Se obtienen disoluciones de pH ácido cuando las sales provienen de ácidos fuerte y bases débiles. Ejemplo: NH4NO3 NH 4 NO3 NH 4 + NO3− + + NH 4 + H 2O NH 3 + H 3O + 12.- De los ácidos débiles HNO2 y HCN, el primero es más fuerte que el segundo. a) Escriba sus reacciones de disociación en agua, especificando cuáles son sus bases conjugadas. b) Indique, razonadamente, cuál de las dos bases conjugadas es la más fuerte. Solución: a) HNO2 + H2O NO2- + H3O+ ácido1 base2 base1 ácido2 HCN + H2O CN- + H3O+ ácido1 base2 base1 ácido2 b) Cuanto más fuerte es un ácido, más débil es su base conjugada; por tanto la base conjugada del HCN será la más fuerte.
  8. 8. 13.- Una muestra de orina de un individuo tiene un pH = 5,70. a) ¿La disolución será ácida, básica o neutra?. b) ¿Cuál es la concentración molar de iones hidronios?. c) ¿Cuáles son la concentración molar de iones hidróxido y el pOH de esa disolución?. Solución: a) Por ser el pH < 7 la disolución es ácida. b) [H3O+] = 10-5,7 = 2x10-6 M c) [OH-] = 1x10-14/2x10-6 = 5x10-9 M y pOH = 14 – pH = 14 – 5,7 = 8,3 14.- En 500 mL de una disolución acuosa 0’1 M de NaOH . a) ¿Cuál es la concentración de OH-? b) ¿Cuál es la concentración de H3O+?. c) ¿Cuál es su pH? Solución: a) NaOH ⇒ Na+ + OH- ; [OH-] = 0,1 M Kw 1⋅10−14 b) ⎡ H 3O + ⎦ = ⎣ ⎤ = = 10−13 M ⎡OH − ⎤ ⎣ ⎦ 0,1 c) pH=-log(10-13) = 13 15.- Complete las siguientes reacciones e indique las sustancias que actúan como ácido y como base, y sus pares conjugados, según la teoría de Brönsted - Lowry. a) NH4+ + H2O b) NH4+ + OH- c) H2O + CO3= Solución: a) NH4+ + H2O NH3 + H3O+ El NH4+ actúa como ácido b) NH4+ + OH- NH3 + H2O El NH4+ actúa como ácido c) H2O + CO3= OH- + HCO3- El H2O actúa como ácido
  9. 9. 16.- Calcule el pH de una disolución 0,1 M de: a) Hidróxido de calcio b) Ácido nítrico c) Cloruro de calcio Justifique las respuestas Solución: a) Hidróxido de calcio: Ca(OH)2 ⇒ Ca++ + 2OH- ; [OH-] = 2x 0,1 = 0,2 M pOH = − log(0, 2) = 0, 7 ⇒ pH = 14 − 0, 7 = 13,3 b) Ácido nítrico: HNO3 + H2O ⇒ NO3- + H3O+ ⇒ ⎡ H 3O ⎤ =0,1 M + ⎣ ⎦ pH = − log(0,1) = 1 c) Cloruro de calcio: CaCl2 ⇒ Ca++ + 2Cl- ⎡ H 3O + ⎤ =1x10-7 ⇒ pH = − log(10−7 ) = 7 ⎣ ⎦ 17.- Razone que ocurrirá con el pH cuando: a) Se añade agua a una disolución de un ácido fuerte. b) Se añade agua a una disolución de base fuerte. Solución: a) Al añadir agua a una disolución de un ácido fuerte, éste se diluye por lo que la concentración de iones hidronios procedentes de la disociación del ácido también disminuirá y en consecuencia el pH aumentará. b) Por el contrario si se añade agua a la disolución de una base fuerte, la concentración de ésta disminuye, es decir, disminuye la concentración de OH-, por lo que la concentración de H3O+ aumenta y en consecuencia el pH disminuirá.
  10. 10. 18.- a) ¿Cuál es el pH de 50 mL de una disolución de HCl 0,5 M? b) Si añadimos agua a los 50 mL de la disolución anterior hasta alcanzar un volumen de 500 mL, ¿cuál será el nuevo pH? Solución: a) HCl + H2O ⇒ Cl- + H3O+ ⇒ ⎡ H 3O ⎤ =0,5 M + ⎣ ⎦ ⇒ pH = − log(0,5) = 0,3 b) 0,5molesHCl 50mlDisolución × = 0, 025molesHCl 1000mlDisolución 0, 025molesHCl [ HCl ] = = 0, 05M 0,5LitrosDisolución HCl + H 2O ⇒ Cl- + H 3O + ⇒ ⎡ H 3O + ⎤ =0,05 M ⎣ ⎦ pH=-log(0,05)=1,3 19.- Calcule el pH de la disolución resultante cuando: a) Se agregan dos gotas de HCl 1 M a un litro de agua. b) Se mezclan 100 mL de HCl 0,2 M con 50 mL de HCl 0,2 M. c) Se mezclan 100 mL de HCl 0,3 M con 100 mL de KOH 0,1 M. Dato: El volumen de una gota es de 0,05 mL. Solución: a) 1molHCl 2Gotas = 2 ⋅ 0, 05mLDisolución × = 10−4 molesHCl 1000mLDisolución nº MolesHCl 10−4 molesHCl M= = −3 = 10−4 M LitrosDisolución (1 + 0,1.10 ) Litros Como el HCl es un ácido fuerte: HCl + H2O ⇒ Cl- + H3O+ 10-4 10-4M 10-4M [H3O+] = 10-4M y pH = -log10-4 = 4
  11. 11. b) 0, 2molesHCl 100mLDisolución × = 0, 02molesHCl 1000mLDisolución 0, 2molesHCl 50mLDisolución × = 0, 01molesHl 1000mLDisolución (0, 02 + 0, 01)molesHCl Molaridad (mezcla ) = = 0, 2M 0,150 LitrosDisolución Como el HCl es un ácido fuerte: HCl + H2O ⇒ Cl- + H3O+ 0,2 0,2M 0,2M [H3O+] = 0,2M y pH = -log0,2 = 0,7 c) 0,3molesHCl 100mLDisolución × = 0, 03molesHCl 1000mLDisolución 0,1molesKOH 100mLDisolución × = 0, 01molesKOH 1000mLDisolución Como se produce la siguiente reacción: HCl + KOH KCl + H2O Moles iniciales: 0,03 0,01 Moles finales: 0,02 - Molaridad del ácido HCl = 0,02 moles/0,2Litros = 0,1 M Como el HCl es un ácido fuerte: HCl + H2O ⇒ Cl- + H3O+ 0,1 0,1M 0,1M [H3O+] = 0,1M y pH = -log0,1 = 1
  12. 12. PROBLEMAS 1.- a) ¿Cuántos gramos de hidróxido de potasio se necesitan para preparar 250 mL de una disolución acuosa de pH = 13? b) Calcule los mL de una disolución 0,2 M de ácido clorhídrico que serán necesarios para neutralizar 50 mL de la disolución anterior de hidróxido de potasio. Datos: Masas atómicas: K=39,1; O=16; H=1 Solución: MKOH = 56,1 g/mol Kw 10−14 a) pH = 13 ⇒ ⎡ H 3O + ⎤ = 10−13 ⇒ ⎡OH − ⎤ = ⎣ ⎦ ⎣ = −13 = 10−1 M ⎦ ⎡ H O + ⎤ 10 ⎣ 3 ⎦ Como el hidróxido de potasio es una base fuerte estará totalmente disociada y como en su disociación se produce: KOH ⇒ K+ + OH- , la concentración de KOH será igual a la concentración de OH-. 0,1molesKOH 56,1gramolKOH 250mLDisolución × × = 1, 4 gramosKOH 1000mLDisolución 1molesKOH b) La reacción que tiene lugar es: KOH + HCl KCl + H 2O 0,1molesKOH 1molHCl 1000mLDisoluciónHCl 50mLDisoluciónKOH × × × = 1000mLDisoluciónKOH 1molKOH 0, 2molesHCl = 25mLDisoluciónHCl
  13. 13. 2.- El fluoruro de hidrógeno (HF) es un ácido que en disolución 0,1 M se disocia en un 10%. Calcule: a) El pH de la disolución. b) El valor de la constante de disociación Kb de la base conjugada de dicho ácido. Solución: α =10% ⇒ α =0,10 a) HF + H2O F- + H3O+ Moles iniciales: 1 - - Moles que reaccionan: α - - Moles formados: - α α Moles equilibrio: 1-α α α para una [Co] Inicial: Co(1 - α ) Co α Co α [H3O+] = Co α = 0,1 M x 0,10 = 0,01 M pH= - log(0,01) = 2 b) ⎡ −⎤ ⎡ + ⎤ ⎣ F ⎦ × ⎣ H 3O ⎦ = C0α ⋅ C0α = C0α = 0,1⋅ 0,1 = 1,1⋅10−3 2 2 Ka = [ HF ] C0 (1 − α ) 1 − α 1 − 0,10 K w 1 ⋅10−14 K a ⋅ Kb = K w ⇒ Kb = = −3 = 9,1⋅10−12 K a 1,1 ⋅10
  14. 14. 3.- Cuando se disuelven en agua 2,5 g de ácido "HA" hasta alcanzar un volumen de 250 mL, el pH de la disolución es igual a 4. Sabiendo que la masa molecular del ácido es 52,5 g/mol a) Calcule la constante de disociación. b) Describa el material de laboratorio y el procedimiento adecuado para preparar esta disolución. Solución: a) HA + H2 O A- + H3O+ Concentración Inicial: C0 - - Se disocian: x - - Se forman: - x x Concentración equilibrio: C0 - x x x 1molHA 2,5 gramosHA × = 0, 048molesHA 52,5 gramosHA 0, 048molesHA Co = = 0,192M 0, 25LitrosDisolución Como el pH = 4 ⇒ [H3O+] = 10-4 = x ⎦ = x ⋅ x = (10 ) 2 ⎡ A− ⎤ × ⎡ H 3O + ⎤ ⎣ ⎦ ⎣ −4 10−8 Ka = = = 5, 21⋅10−8 [ HA] C0 − x 0,192 − 10−4 0,1919 b) Materiales: balanza, vidrio de reloj, espátula, matraz aforado de 250 mL, embudo, frasco lavador con agua destilada y cuentagotas. Procedimiento: Se añade al vidrio de reloj la cantidad de ácido requerida. Se echa el sólido con la ayuda de un embudo en el matraz aforado y se le añade agua destilada empleando el frasco lavador y se disuelve el ácido, después se enrasa con agua destilada. Para facilitar el enrase se utiliza el cuentagotas para añadir las últimas gotas de agua.
  15. 15. 4.- Se dispone de una disolución 0,25 M de ácido benzoico(C6H5COOH). La concentración de iones hidronio en esta disolución es [ H3O+] = 4 ⋅ 10-3 M. Calcule: a) La constante de acidez del ácido benzoico. b) El grado de disociación de la disolución de ácido benzoico. Solución: a) C6H5COOH + H2O C6H5COO- + H3O+ Concentración Inicial: C0 - - Se disocian: x - - Se forman: - x x Concentración equilibrio: C0 - x x x ⎣C6 H 5COO ⎦ × ⎣ H 3O ⎦ = x ⋅ x = ( 4 ⋅10 ) = 6,5 ⋅10−5 2 ⎡ − ⎤ ⎡ + ⎤ −3 Ka = [C6 H 5COOH ] C0 − x 0, 25 − 4 ⋅10−4 b) α = concentración del ácido disociado/concentración inicial del ácido=x/Co α = 4 ⋅ 10-3/0,25 = 0,016 => α = 1,6%
  16. 16. 5.- A 25ºC, la constante del equilibrio: NH3 + H2O NH4+ + OH- es 1,8 10-5. Se añaden 7 gramos de amoniaco a la cantidad de agua necesaria para obtener 500 mL, de disolución. a) Calcule el pH de la disolución. b) Calcule el grado de disociación del amoniaco. Masas atómicas: H = 1; N = 14 Solución: MNH3 = 17 g/mol a) NH3 + H 2O NH4+ + OH- Concentración Inicial: C0 - - Se disocian: x - - Se forman: - x x Concentración equilibrio: C0 - x x x 1molNH 3 7 gramosNH 3 × = 0, 41molesNH 3 17 gramosNH 3 0, 41molesNH 3 Co = = 0,82 M 0,5 LitrosDisolución ⎡ + ⎤ ⎡ − ⎤ ⎣ NH 4 ⎦ × ⎣OH ⎦ = x ⋅ x = x = 1,8 ⋅10−5 2 Kb = [ NH 3 ] C0 − x C0 − x Como la constante de equilibrio es del orden de 10-5 Co >>x y por tanto la ecuación anterior se simplifica y quedaría: x2 x2 x2 = 1,8 ⋅10−5 ⇒ = 1,8 ⋅10−5 ⇒ = 1,8 ⋅10−5 C0 − x C0 0,82 x = 0,82 ⋅1,8 ⋅10−5 = 3,84 ⋅10−3 [OH-] = x = 3,84 ⋅10 ⇒ pOH =-log( 3,84 ⋅10 ) =2,4 ⇒ pH = 14 – pOH=14 -2,4 =11.6 −3 −3 b) α = concentración de la base disociado/concentración inicial de la base=x/Co α = 3,84 ⋅ 10-3/0,82 = 4,68 ⋅ 10-3 => α = 4,68%
  17. 17. 6.- El pH de una disolución acuosa 0,1 M de HClO, es 4,2. Calcule: a) El grado de disociación de la disolución del ácido. b) La constante de disociación de la base conjugada de dicho ácido. Solución: a) HClO + H2O ClO- + H3O+ Moles iniciales: 1 - - Moles que reaccionan: α - - Moles formados: - α α Moles equilibrio: 1-α α α para una [Co] Inicial: Co(1 - α ) Co α Co α ⎡ H O+ ⎤ ⋅ 10-5 ⇒ [H3O+] = Co α ⇒ α = ⎣ 3 ⎦ = 6,31 ⋅10 = 6,31⋅10-4 -5 + -4,2 [H3O ] = 10 = 6,31 Co 0,1 b) ⎣ClO ⎦ × ⎣ H 3O ⎦ = C0α ⋅ C0α = C0α = 0,1⋅ ( 6,31 ⋅10 ) = 3,97 ⋅10−8 2 ⎡ − ⎤ ⎡ + ⎤ 2 -4 Ka = [ HClO ] C0 (1 − α ) 1 − α 1 − 6,31⋅10-4 Kw 1 ⋅10−14 K a ⋅ Kb = K w ⇒ Kb = = = 2,52 ⋅10−7 Ka 3,97 ⋅10−8
  18. 18. 7.- a) Calcule los gramos de ácido acético CH3COOH que se deben disolver para obtener 500 mL de una disolución que tenga un pH = 2,72. b) Describa el material y el procedimiento a seguir para preparar la disolución anterior. Datos: Ka = 1,8. 10-5 Masas atómicas: H = 1; C = 12; O = 16. Solución: MCH3COOH = 60 g/mol a) CH3COOH + H2O CH3COO- + H3O+ Concentración Inicial: C0 - - Se disocian: x - - Se forman: - x x Concentración equilibrio: C0 - x x x [H3O+] = 10-2.72 = 1,9 ⋅ 10-3 ⇒ [CH3COO-] = 1,9 ⋅ 10-3 ⎦ = x ⋅ x = (1.9 ⋅10 ) = 1,8 ⋅10−5 2 ⎡CH 3COO − ⎤ × ⎡ H 3O + ⎤ ⎣ ⎦ ⎣ −3 Ka = [CH 3COOH ] C0 − x Co − 1,9 ⋅10−3 Simplificando : 1,8 ⋅10 × Co = (1.9 ⋅10 (1.9 ⋅10 ) −3 2 −5 ) −3 2 ⇒ Co = 1,8 ⋅10−5 = 0, 2M n º moles Co = [CH 3COOH ] = = 0, 2 M ⇒ nº moles = 0, 2 × V = 0, 2mol / L × 0,5 L = 0,1moles V 60 gramosCH 3COOH 0,1molesCH 3COOH × = 6 gramosCH 3COOH 1molesCH 3COOH b) Materiales: Perilla, matraz aforado de 500 mL, embudo, pipeta, frasco lavador con agua destilada y cuentagotas. Procedimiento: El ácido acético concentrado es un líquido. Por tanto a partir de la densidad y riqueza del frasco que contiene el ácido acético, se determina el volumen correspondiente a los 6 gramos de ácido. Con una pipeta graduado y con la ayuda de la perilla, se extrae el volumen necesario de ácido y se vierte en el matraz aforado de 500 mL. A continuación se añade agua hasta la señal de enrase con el frasco lavador de agua destilada. Para facilitar el enrase se utiliza el cuentagotas para añadir las últimas gotas de agua.
  19. 19. 8.- La codeína es una base monobásica débil cuya constante de disociación Kb vale 9 ⋅ 10-7. Calcule: a) El pH de una disolución 0,02 M de codeína. b) El valor de la constante de acidez del ácido conjugado de la codeína. Solución: a) B + H 2O BH+ + OH- Concentración Inicial: C0 - - Se disocian: x - - Se forman: - x x Concentración equilibrio: C0 - x x x ⎡ BH + ⎤ × ⎡OH − ⎤ ⎦ = x ⋅ x = x = 9 ⋅10−7 2 Kb = ⎣ ⎦ ⎣ [ B] C0 − x C0 − x Simplificando : x 2 = Co × 9 ⋅10−7 = 0, 02 × 9 ⋅10−7 = 1,8 ⋅10−8 ⇒ x = 1,8 ⋅10−8 = 1,34 ⋅10−4 M ⎡ − ⎤ −4 −4 ⎣OH ⎦ = 1,34 ⋅10 M ⇒ pOH = − log(1,34 ⋅10 ) = 3,87 ⇒ pH = 14 − 3,87 = 10,13 b) K w 1 ⋅10−14 K a ⋅ Kb = K w ⇒ K a = = −7 = 1,1 ⋅10−8 K b 9 ⋅10
  20. 20. 9. Calcule: a) El pH de una disolución 0,1 M de ácido acético, CH3COOH, cuyo grado de disociación es 1,33%. b) La constante Ka del ácido acético. Solución: α =0,0133 a) CH3COOH + H 2O CH3COO- + H3O+ Moles iniciales: 1 - - Moles que reaccionan: α - - Moles formados: - α α Moles equilibrio: 1-α α α para una [Co] Inicial: Co(1 - α ) Co α Co α [H3O+] = Co α = 0,1 x 0,0133 = 0,00133 M ⇒ pH = -log(0,00133) = 2,88 b) ⎡CH 3COO − ⎤ × ⎡ H 3O + ⎤ C α ⋅ C α C α 2 0,1⋅ ( 0,0133)2 Ka = ⎣ ⎦ ⎣ ⎦= 0 0 = 0 = = 1, 79 ⋅10−5 [CH 3COOH ] C0 (1 − α ) 1 − α 1 − 0, 0133
  21. 21. 10.- En 500 mL de agua se disuelven 3 gramos de CH3COOH. Calcule: a) El pH de la disolución. b) El porcentaje de ácido disociado. Datos: Masas atómicas: C=12; O=16; H=1; Ka=1,8. 10-5 Solución: MCH3COOH = 60 g/mol a) CH3COOH + H2O CH3COO- + H3O+ Concentración Inicial: C0 - - Se disocian: x - - Se forman: - x x Concentración equilibrio: C0 - x x x 1molCH 3COOH 3 gramosCH 3COOH × = 0, 05molesCH 3COOH 60 gramosCH 3COOH 0, 05molesCH 3COOH Co = = 0,1M 0,5 LitrosDisolución ⎡CH 3COO − ⎤ × ⎡ H 3O + ⎤ ⎦ = x⋅x = x 2 Ka = ⎣ ⎦ ⎣ = 1,8 ⋅10−5 [ CH 3COOH ] C0 − x 0,1 − x Simplificando : x 2 = 0,1⋅1,8 ⋅10−5 = 1,8 ⋅10−6 ⇒ x = 1,8 ⋅10−6 = 1,34 ⋅10−3 pH = − log(1,34 ⋅10−3 ) = 2,87 1,34 ⋅10−3 b) % disociado = × 100 = 1,34% 0,1
  22. 22. 11. Se disuelven 23 g de ácido metanoico, HCOOH, en agua hasta obtener 10 litros de disolución. La concentración de iones H3O+ es 0,003 M. Calcule: a) El pH de la disolución y el grado de disociación. b) La constante Ka del ácido. Datos: Masas atómicas: H = 1; C = 12; O = 16. Solución: MHCOOH = 46 g/mol a) HCOOH + H 2O HCOO- + H3O+ Moles iniciales: 1 - - Moles que reaccionan: α - - Moles formados: - α α Moles equilibrio: 1-α α α para una [Co] Inicial: Co(1 - α ) Co α Co α 1molHCOOH 23gramosHCOOH × = 0,5molesHCOOH 46 gramosHCOOH 0,5molesHCOOH Co = = 0, 05M 10 LitrosDisolución [H3O+] = 0,003 M ⇒ pH = - log(0,003) = 2,52 [H3O+] = Co α =0,05 x α = 0,003 ⇒ α = 0,003/0,05 = 0,06 b) ⎣ HCOO ⎦ × ⎣ H 3O ⎤ = C0α ⋅ C0α = C0α = 0, 05 ⋅ ( 0,06 ) = 1,91⋅10−4 ⎡ ⎤ ⎡ − + 2 2 Ka = ⎦ [ HCOOH ] C0 (1 − α ) 1 − α 1 − 0, 06
  23. 23. 12.- El fenol, C6H5OH, es un ácido monoprótico débil. Se preparan 2 Litros de disolución de fenol, disolviendo 0,385 gramos de la sustancia en agua, obteniéndose un valor de pH de 6,29. Calcule: a) El valor de la constante de disociación del fenol. b) El grado de disociación del fenol a esa concentración. Datos: Masas atómicas: H = 1; C = 12; O = 16. Solución: MC6H5OH = 94 g/mol a) C6H5OH + H2O C6H5O- + H3O+ Concentración Inicial: C0 - - Se disocian: x - - Se forman: - x x Concentración equilibrio: C0 - x x x 1molC6 H 5OH 0,385 gramosC6 H 5OH × = 4,1×10−3 molesC6 H 5OH 94 gramosC6 H 5OH 4,1× 10−3 molesC6 H 5OH Co = = 2, 05 ×10−3 M 2 LitrosDisolución [H3O+] = 10-6,29 = 5,13 ⋅ 10-7 ⎡C6 H 5O − ⎤ × ⎡ H 3O + ⎤ ⎦ = x⋅ x = (5,13 ⋅10−7 ) 2 Ka = ⎣ ⎦ ⎣ = 1, 28 ⋅10−10 [C6 H 5OH ] −3 C0 − x 2, 05 ×10 − 5,13 ⋅10 −7 b) α = concentración del ácido disociado/concentración inicial del ácido = x/Co α = 5,13 ⋅ 10-7/2,05 ⋅ 10-3 = 2,5 ⋅ 10-4 => α = 0,025%
  24. 24. 13.- Disponemos de dos recipientes: uno, contiene 15 mL de HCl cuya concentración es 0,05 M y otro, 15 mL de CH3COOH de concentración 0,05 M. Calcule: a) El pH de cada una de las disoluciones. b) ¿Qué cantidad de agua se deberá añadir a la disolución más ácida para que el pH de las dos disoluciones sea el mismo. Dato: Ka=1,8. 10-5 (CH3COOH) Solución: a) HCl + H2O ⇒ Cl- + H3O+ ; [H3O+] = 0,05 ⇒ pH = - log(0,05) = 1,3 CH3COOH + H2O CH3COO- + H3O+ Concentración Inicial: C0 - - Se disocian: x - - Se forman: - x x Concentración equilibrio: C0 - x x x ⎡CH 3COO − ⎤ × ⎡ H 3O + ⎤ ⎦ = x⋅ x = x 2 Ka = ⎣ ⎦ ⎣ = 1,8 ⋅10−5 [CH 3COOH ] C0 − x 0, 05 − x Simplificando : x 2 = 0, 05 ⋅1,8 ⋅10−5 = 9 ⋅10−7 ⇒ x = 9 ⋅10−7 = 9,5 ⋅10−4 pH = − log(9,5 ⋅10−4 ) = 3, 02 b) Como en la disolución de ácido acético la concentración de iones hidronios es 9,5 ⋅10−4 , para que la disolución de ácido clorhídrico tenga el mismo pH, es −4 necesario que la [HCl] sea igual a 9,5 ⋅10 . 0, 05molesHCl 15mLDisoluciónHCl × = 7,5 ⋅10−4 molesHCl 1000mLDisoluciónHCl 7,5 ⋅10−4 molesHCl 7,5 ⋅10−4 molesHCl [ HCl ] = 9,5 ⋅10−4 M = ⇒V = = 0, 789 Litros = 789mL VLitros 9,5 ⋅10−4 M Volumen( H 2O ) = 789mL − 15mL = 774mL( H 2O )
  25. 25. 14.- Al disolver 0’23 g de HCOOH en 50 mL de agua se obtiene una disolución de pH igual a 2’3. Calcule: a) La constante de disociación de dicho ácido. b) El grado de disociación del mismo. Datos: Masas atómicas: C = 12; O = 16; H = 1. Solución: MHCOOH = 46 g/mol a) HCOOH + H2O HCOO- + H3O+ Concentración Inicial: C0 - - Se disocian: x - - Se forman: - x x Concentración equilibrio: C0 - x x x 1molHCOOH 0, 23gramosHCOOH × = 0, 005molesHCOOH 46 gramosHCOOH 0, 005molesHCOOH Co = = 0,1M 0, 050 LitrosDisolución pH=2,3 ⇒ [H3O+] = 10-2,3 = 5 ⋅ 10-3 ⎡ HCOO − ⎦ × ⎣ H 3O + ⎤ ⎤ ⎡ −3 2 ⎦ = x ⋅ x = (5 ⋅10 ) = 2, 6 ⋅10−4 Ka = ⎣ [ HCOOH ] C0 − x 0,1 − 5 ⋅10−3 b) α = concentración del ácido disociado/concentración inicial del ácido = x/Co α = 5 ⋅ 10-3/0,1 = 5 ⋅ 10-2 => α = 5%
  26. 26. 15.- Una disolución 0,03 M de amoniaco está disociada un 1,82%. Calcule: a) La constante de disociación de la base. b) ¿Qué cantidad de agua habría que añadir a 100 mL de dicha disolución para que el pH resultante fuera 10,5? Solución: a) NH3 + H 2O NH4+ + OH- Concentración Inicial: C0 - - Se disocian: x - - Se forman: - x x Concentración equilibrio: C0 - x x x [ ] en función de α : C0(1- α ) C0 α C0 α ⎡ NH 4 ⎤ × ⎡OH − ⎤ C α ⋅ C α C α 2 0, 03 ⋅ ( 0,0182 )2 ⎣ + ⎦ ⎣ ⎦= 0 Kb = 0 = 0 = = 1, 01⋅10−5 [ NH 3 ] C0 (1 − α ) 1 − α 1 − 0, 0182 b) Si pH = 10,5 ⇒ pOH = 14 – pH = 14 – 10,5 = 3,5 ⇒ [OH-] = 3,16 ⋅ 10-4 ⎡ + ⎤ ⎡ − ⎤ ⎣ NH 4 ⎦ × ⎣OH ⎦ = x ⋅ x = x = 1, 01⋅10−5 2 Kb = [ NH 3 ] C0 − x C0 − x Simplificando : x2 = 1, 01 ⋅10−5 ⇒ ( 3,16 ⋅10 ) −4 2 −5 = 1, 01⋅10 ⇒ C0 = 9,9 ⋅10−8 = 9,9 ⋅10−3 M −5 C0 C0 1, 01⋅10 Concentración del amoniaco: 0, 03molesNH 3 100mLDisoluciónNH 3 × = 3 ⋅10−3 molesNH 3 1000mLDisoluciónNH 3 3 ⋅10−3 molesNH 3 3 ⋅10−3 molesNH 3 [ NH 3 ] = 9,9 ⋅10−3 M = ⇒V = = 0,303Litros = 303mL VLitros 9,9 ⋅10−3 M Volumen( H 2O ) = 303mL − 100mL = 203mL( H 2O )
  27. 27. 16.- a) Escriba la reacción de neutralización entre Ca(OH)2 y HCl. b) ¿Qué volumen de una disolución 0’2 M de Ca(OH)2 se necesitará para neutralizar 50 mL de una disolución 0’1 M de HCl? c) Describa el procedimiento e indique el material necesario para llevar a cabo la valoración anterior. Solución: a) Ca(OH)2 + 2HCl CaCl2 + 2H2O b) 0,1molesHCl 1molCa (OH ) 2 1000mLDisoluciónCa (OH ) 2 50mLDisoluciónHCl × × × = 1000mLDisoluciónHCl 2molesHCl 0, 2molesCa (OH ) 2 = 12,5mLDisoluciónCa (OH ) 2 c) Material necesario: Erlenmeyer,vaso de precipitado, bureta, pipeta, embudo pequeño e indicador ácido-base. Procedimiento: Se llena con cuidado y con el embudo pequeño la bureta con la disolución de hidróxido de calcio hasta 2 ó 3 cm por encima del enrase de la bureta. Se abre la llave de la bureta dejando caer lentamente gota a gota la disolución sobre un vaso de precipitado hasta enrasarla de forma correcta. Se coloca en un erlenmeyer los 50 mL de la disolución de ácido HCl con unas gotas de indicador(fenolftaleina), debajo de la bureta. Se añade lentamente desde la bureta la disolución de hidróxido y se agita continuamente el erlenmeyer. La valoración termina cuando la disolución adquiere un color rosado.
  28. 28. 17.- El pH de 1 Litro de disolución de hidróxido de litio es 13. Calcule: a) Los gramos de hidróxido utilizados en prepararla. b) El volumen de agua que hay que añadir a 1 Litro de la disolución anterior para que su pH sea de 12. Datos: Masas atómicas: Li=6,9; O=16; H=1 Solución: MLiOH = 23,9 g/mol a) Como es una base fuerte está completamente disociada: LiOH ⇒ Li+ + OH- Si pH =13 ⇒ pOH = 14 – pH = 14 – 13 = 1 ⇒ [OH-] = 10-1 = 0,1 M 0,1molesLiOH 23,9 gramosLiOH 1LDisoluciónLiOH × × = 2,39 gramosLiOH 1LDisoluciónLiOH 1molesLiOH b) Si pH =12 ⇒ pOH = 14 – pH = 14 – 12 = 2 ⇒ [OH-] = 10-2 = 0,01 M =[LiOH] 0,1molesLiOH 1LDisoluciónLiOH × = 0,1molesLiOH 1LDisoluciónLiOH 0,1molesLiOH 0,1moles [ LiOH ] = = 0, 01M ⇒ V = = 10 Litros VLitrosDisolución 0, 01M Volumen( H 2O) = 10 Litros − 1Litro = 9 Litros ( H 2O)
  29. 29. 18.- a) ¿Cuál es el pH de 100 mL de una disolución acuosa de NaOH 0’01 M? b) Si añadimos agua a la disolución anterior hasta un volumen de un litro, ¿cuál será su pH? Solución: a) Como es una base fuerte está completamente disociada: NaOH ⇒ Na+ + OH- [OH-] = 0,01 M = 10-2 M ⇒ pOH = - log(OH-) = - log(10-2) = 2 pH = 14 – pOH = 14 – 2 = 12 b) 0, 01molesNaOH 100mLDisolución × = 0, 001molesNaOH 1000mLDisolución 0, 001molesNaOH [ NaOH ] = = 0, 001M ⇒ ⎡OH − ⎤ = 0, 001M ⎣ ⎦ 1LitroDisolución pOH = − log(OH − ) = − log(0, 001) = 3 ⇒ pH = 14 − 3 = 11

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