QuímicaMedioCuestión · 2 pts

Teorías ácido-base e hidrólisisSelectividad (PAU) · Comunitat Valenciana 2017 · Julio · Opción B

También trata: pH de ácidos y bases · Valoraciones y neutralización
Comunitat Valenciana · 2017 · Julio · Opción B
Enunciado
Justifique si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas:

a) La mezcla de 10 mL de HCl 0,1 M con 20 mL de NaOH 0,1 M será una disolución neutra. (0,5 puntos)

b) Una disolución acuosa de NH4Cl\text{NH}_4\text{Cl} tiene un pH mayor que 7. (0,5 puntos)

c) El pH de una disolución acuosa de ácido nítrico es menor que el de una disolución acuosa de la misma concentración de ácido clorhídrico. (0,5 puntos)

d) El pH de una disolución acuosa de acetato de sodio, CH3COONa\text{CH}_3\text{COONa}, es mayor que 7. (0,5 puntos)

Datos: Kb(NH3)=1,8⋅10−5K_b(\text{NH}_3) = 1{,}8\cdot 10^{-5}; Ka(CH3COOH)=1,8⋅10−5K_a(\text{CH}_3\text{COOH}) = 1{,}8\cdot 10^{-5}
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Resultado
a) Falsa: sobra NaOH y la mezcla es básica (pH ≈ 12,5).

b) Falsa: el NH4+\text{NH}_4^+ se hidroliza y da H3O+\text{H}_3\text{O}^+; el pH es menor que 7.

c) Falsa: los dos ácidos son fuertes y con la misma concentración tienen el mismo pH.

d) Verdadera: el CH3COO−\text{CH}_3\text{COO}^- se hidroliza y da OH−\text{OH}^-; el pH es mayor que 7.
Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo
1

Estrategia

Cada afirmación toca una idea distinta:
  • a) Una mezcla de ácido y base fuertes solo es neutra si los moles de H3O+\text{H}_3\text{O}^+ y de OH−\text{OH}^- son iguales: hay que contarlos.
  • b) y d) Las sales se disocian por completo; lo que decide el pH es si alguno de sus iones es el conjugado de un ácido o una base débil, porque ese ion reacciona con el agua (hidrólisis).
  • c) Dos ácidos fuertes de la misma concentración están disociados por completo: dan la misma [H3O+][\text{H}_3\text{O}^+].
2

Desarrollo

a) Mezcla de HCl y NaOH — FALSA

Los dos son fuertes y reaccionan mol a mol: HCl+NaOH→NaCl+H2O\text{HCl} + \text{NaOH} \to \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O}.n(HCl)=0,1⋅0,010=1,0⋅10−3 moln(NaOH)=0,1⋅0,020=2,0⋅10−3 moln(\text{HCl}) = 0{,}1\cdot 0{,}010 = 1{,}0\cdot 10^{-3}\ \text{mol} \qquad n(\text{NaOH}) = 0{,}1\cdot 0{,}020 = 2{,}0\cdot 10^{-3}\ \text{mol}Sobra 1,0⋅10−31{,}0\cdot 10^{-3} mol de NaOH\text{NaOH} en un volumen total de 30 mL:[OH−]=1,0⋅10−3 mol0,030 L=3,3⋅10−2 M⇒pOH=1,48,pH=14−1,48=12,5[\text{OH}^-] = \frac{1{,}0\cdot 10^{-3}\ \text{mol}}{0{,}030\ \text{L}} = 3{,}3\cdot 10^{-2}\ \text{M} \quad\Rightarrow\quad \text{pOH} = 1{,}48,\quad \text{pH} = 14 - 1{,}48 = 12{,}5La disolución es básica, no neutra.
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
b) Disolución de NH₄Cl — FALSA

La sal se disocia por completo: NH4Cl→NH4++Cl−\text{NH}_4\text{Cl} \to \text{NH}_4^+ + \text{Cl}^-.
  • El Cl−\text{Cl}^- es la base conjugada de un ácido fuerte (HCl): es una base despreciable y no reacciona con el agua.
  • El NH4+\text{NH}_4^+ es el ácido conjugado de una base débil (NH3\text{NH}_3), y se hidroliza:
NH4++H2O⇌NH3+H3O+Ka=KwKb=10−141,8⋅10−5=5,6⋅10−10\text{NH}_4^+ + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{NH}_3 + \text{H}_3\text{O}^+ \qquad K_a = \frac{K_w}{K_b} = \frac{10^{-14}}{1{,}8\cdot 10^{-5}} = 5{,}6\cdot 10^{-10}Se forman iones H3O+\text{H}_3\text{O}^+: la disolución es ácida, con pH menor que 7.

c) HNO₃ frente a HCl — FALSA

El ácido nítrico y el ácido clorhídrico son ácidos fuertes: en disolución acuosa están totalmente disociados.HNO3+H2O→NO3−+H3O+HCl+H2O→Cl−+H3O+\text{HNO}_3 + \text{H}_2\text{O} \to \text{NO}_3^- + \text{H}_3\text{O}^+ \qquad \text{HCl} + \text{H}_2\text{O} \to \text{Cl}^- + \text{H}_3\text{O}^+Con la misma concentración inicial cc, los dos dan [H3O+]=c[\text{H}_3\text{O}^+] = c y, por tanto, el mismo pH, pH=−log⁡c\text{pH} = -\log c. Ninguno es menor que el otro.

d) Disolución de acetato de sodio — VERDADERA

La sal se disocia por completo: CH3COONa→CH3COO−+Na+\text{CH}_3\text{COONa} \to \text{CH}_3\text{COO}^- + \text{Na}^+.
  • El Na+\text{Na}^+ es el catión de una base fuerte (NaOH): no se hidroliza.
  • El CH3COO−\text{CH}_3\text{COO}^- es la base conjugada de un ácido débil (CH3COOH\text{CH}_3\text{COOH}), y se hidroliza:
CH3COO−+H2O⇌CH3COOH+OH−Kb=KwKa=10−141,8⋅10−5=5,6⋅10−10\text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COOH} + \text{OH}^- \qquad K_b = \frac{K_w}{K_a} = \frac{10^{-14}}{1{,}8\cdot 10^{-5}} = 5{,}6\cdot 10^{-10}Se forman iones OH−\text{OH}^-: la disolución es básica, con pH mayor que 7.
3

Consejo

En las sales, di siempre de qué ácido y de qué base proceden sus iones y escribe la reacción de hidrólisis del ion que reacciona con el agua: sin la reacción, la respuesta no está justificada.

En a) el pH concreto no es imprescindible, pero contar los moles sí: con volúmenes distintos y la misma concentración, la mezcla no puede ser neutra.
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