QuímicaMedioCuestión · 2 pts

Teorías ácido-base e hidrólisisSelectividad (PAU) · Comunitat Valenciana 2018 · Junio · Opción A

También trata: pH de ácidos y bases
Comunitat Valenciana · 2018 · Junio · Opción A
Enunciado
Razone si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones:

a) Si la constante de acidez, KaK_a, de cierto ácido tiene un valor de 1⋅10−61\cdot 10^{-6}, podemos afirmar que se trata de un ácido fuerte. (0,5 puntos)

b) Una disolución acuosa de NH4Cl\text{NH}_4\text{Cl} tiene carácter ácido. (0,5 puntos)

c) En el equilibrio HSO4−(ac)+H2O(l)⇌SO42−(ac)+H3O+(ac)\text{HSO}_4^-(ac) + \text{H}_2\text{O}(l) \rightleftharpoons \text{SO}_4^{2-}(ac) + \text{H}_3\text{O}^+(ac), la especie HSO4−\text{HSO}_4^- actúa como una base. (0,5 puntos)

d) Si a una disolución de NH3\text{NH}_3 se le añade NH4Cl\text{NH}_4\text{Cl}, aumenta el pH de la disolución. (0,5 puntos)

Datos: Kb(NH3)=1,8⋅10−5K_b(\text{NH}_3) = 1{,}8\cdot 10^{-5}.
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Resultado
a) Falsa: Ka=10−6K_a = 10^{-6} es muy pequeña; es un ácido débil.

b) Verdadera: el NH4+\text{NH}_4^+ se hidroliza y forma H3O+\text{H}_3\text{O}^+ (Ka=5,6⋅10−10K_a = 5{,}6\cdot 10^{-10}); el Cl−\text{Cl}^- no; pH < 7.

c) Falsa: el HSO4−\text{HSO}_4^- cede un protón al agua; actúa como ácido de Brønsted.

d) Falsa: por el efecto del ion común el equilibrio del NH3\text{NH}_3 se desplaza a la izquierda, baja [OH−][\text{OH}^-] y el pH disminuye.
Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo
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Estrategia

Cuatro afirmaciones independientes sobre ácidos y bases, cada una con su idea:
  • a) qué dice el valor de KaK_a sobre la fuerza de un ácido;
  • b) la hidrólisis de una sal: qué hace en el agua cada uno de sus iones;
  • c) la definición de Brønsted-Lowry: el ácido cede el protón y la base lo acepta;
  • d) el efecto del ion común (y, de paso, que NH3\text{NH}_3 + NH4+\text{NH}_4^+ es una disolución reguladora).
En todas hay que decir «verdadera» o «falsa» y por qué, con la ecuación química que lo justifica.
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Desarrollo

a) Un ácido con Ka=1⋅10−6K_a = 1\cdot 10^{-6}

Un ácido fuerte está prácticamente disociado del todo en agua, y su constante de acidez es muy grande (Ka≫1K_a \gg 1). Un valor de 10−610^{-6}, muy pequeño, indica que el equilibrioHA(ac)+H2O(l)⇌A−(ac)+H3O+(ac)Ka=[A−][H3O+][HA]=1⋅10−6\text{HA}(ac) + \text{H}_2\text{O}(l) \rightleftharpoons \text{A}^-(ac) + \text{H}_3\text{O}^+(ac) \qquad K_a = \frac{[\text{A}^-][\text{H}_3\text{O}^+]}{[\text{HA}]} = 1\cdot 10^{-6}está muy desplazado hacia la izquierda: el ácido apenas se disocia. Es un ácido débil (incluso más débil que el acético, Ka≈1,8⋅10−5K_a \approx 1{,}8\cdot 10^{-5}). Falsa.

b) Carácter de una disolución de NH4Cl\text{NH}_4\text{Cl}

La sal se disocia por completo: NH4Cl(s)→NH4+(ac)+Cl−(ac)\text{NH}_4\text{Cl}(s) \to \text{NH}_4^+(ac) + \text{Cl}^-(ac).
  • 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 sí se hidroliza:
NH4+(ac)+H2O(l)⇌NH3(ac)+H3O+(ac)Ka=KwKb=1⋅10−141,8⋅10−5=5,6⋅10−10\text{NH}_4^+(ac) + \text{H}_2\text{O}(l) \rightleftharpoons \text{NH}_3(ac) + \text{H}_3\text{O}^+(ac) \qquad K_a = \frac{K_w}{K_b} = \frac{1\cdot 10^{-14}}{1{,}8\cdot 10^{-5}} = 5{,}6\cdot 10^{-10}Se forman iones H3O+\text{H}_3\text{O}^+, así que [H3O+]>[OH−][\text{H}_3\text{O}^+] > [\text{OH}^-] y el pH es menor que 7. Verdadera.
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
c) Papel del HSO4−\text{HSO}_4^-

Según Brønsted-Lowry, un ácido es la especie que cede un protón y una base la que lo acepta. En el equilibrio dado, el HSO4−\text{HSO}_4^- pierde un H+\text{H}^+ y pasa a SO42−\text{SO}_4^{2-}, mientras que el agua lo gana y pasa a H3O+\text{H}_3\text{O}^+. Los pares conjugados son HSO4−/SO42−\text{HSO}_4^-/\text{SO}_4^{2-} y H3O+/H2O\text{H}_3\text{O}^+/\text{H}_2\text{O}.

El HSO4−\text{HSO}_4^- actúa como ácido y el agua como base. (El HSO4−\text{HSO}_4^- es anfótero y podría actuar como base frente a un ácido más fuerte, pero no en este equilibrio.) Falsa.

d) Añadir NH4Cl\text{NH}_4\text{Cl} a una disolución de NH3\text{NH}_3

El amoniaco es una base débil:NH3(ac)+H2O(l)⇌NH4+(ac)+OH−(ac)Kb=[NH4+][OH−][NH3]=1,8⋅10−5\text{NH}_3(ac) + \text{H}_2\text{O}(l) \rightleftharpoons \text{NH}_4^+(ac) + \text{OH}^-(ac) \qquad K_b = \frac{[\text{NH}_4^+][\text{OH}^-]}{[\text{NH}_3]} = 1{,}8\cdot 10^{-5}Al añadir NH4Cl\text{NH}_4\text{Cl} aumenta [NH4+][\text{NH}_4^+] (ion común). Para que KbK_b se mantenga, el equilibrio se desplaza hacia la izquierda (Le Chatelier): se consumen iones OH−\text{OH}^- y su concentración baja. Menos OH−\text{OH}^- significa mayor pOH y, por tanto, menor pH. La disolución sigue siendo básica (es una disolución reguladora NH3/NH4+\text{NH}_3/\text{NH}_4^+), pero su pH disminuye. Falsa.
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Consejo

En las verdadero/falso el corrector busca el razonamiento: un «falsa» sin justificar vale como mucho el 30 % del apartado. Escribe siempre la ecuación del equilibrio que usas.

En b) di qué pasa con los dos iones de la sal, no solo con el que se hidroliza: que el Cl−\text{Cl}^- no reacciona porque viene de un ácido fuerte también forma parte de la respuesta.
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