QuímicaFácilCuestión · 1,5 pts

pH de ácidos y bases

Andalucía · 2019 · Reserva 1 · Opción B
Enunciado
Opción B · Cuestión 3. Dada una disolución de un ácido débil HA\text{HA} de concentración 0,1 M0{,}1\ \text{M}, indique razonadamente si son ciertas las siguientes afirmaciones:

a) El pH de la disolución es igual a 1.

b) La [H3O+][\text{H}_3\text{O}^+] es menor que la [OH−][\text{OH}^-].

c) La [HA][\text{HA}] es mayor que la [A−][\text{A}^-].
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Resultado
  a) Falsa: pH>1 (disociacioˊn parcial)  \boxed{\;\textbf{a) Falsa: } \text{pH} > 1 \text{ (disociación parcial)}\;}  b) Falsa: es aˊcido, luego [H3O+]>[OH−]  \boxed{\;\textbf{b) Falsa: es ácido, luego } [\text{H}_3\text{O}^+] > [\text{OH}^-]\;}  c) Verdadera: [HA]≫[A−]  \boxed{\;\textbf{c) Verdadera: } [\text{HA}] \gg [\text{A}^-]\;}
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Estrategia

Todo depende de una sola palabra del enunciado: débil. Escribe el equilibrio y quédate con la idea de que la doble flecha significa que el ácido se disocia solo en parte:HA+H2O⇌A−+H3O+Ka=[A−][H3O+][HA]≪1\text{HA} + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{A}^- + \text{H}_3\text{O}^+ \qquad K_a = \frac{[\text{A}^-][\text{H}_3\text{O}^+]}{[\text{HA}]} \ll 1Con eso, las tres afirmaciones se contestan comparando:
  • lo que sería el pH si estuviera totalmente disociado (apartado a),
  • el carácter ácido del medio (apartado b),
  • y la proporción entre forma disociada y sin disociar (apartado c).
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Desarrollo

a) Falsa.

Un pH de 1 significaría [H3O+]=10−1=0,1 M[\text{H}_3\text{O}^+] = 10^{-1} = 0{,}1\ \text{M}, es decir, exactamente la concentración inicial: eso implicaría una disociación total, propia de un ácido fuerte.

Al ser débil, solo una fracción α\alpha del ácido se disocia:[H3O+]=α⋅0,1<0,1 M⟹pH>1[\text{H}_3\text{O}^+] = \alpha \cdot 0{,}1 < 0{,}1\ \text{M} \qquad\Longrightarrow\qquad \text{pH} > 1Por ejemplo, con Ka=10−5K_a = 10^{-5} resultaría [H3O+]=10−5⋅0,1=10−3[\text{H}_3\text{O}^+] = \sqrt{10^{-5}\cdot 0{,}1} = 10^{-3} y pH=3\text{pH} = 3, dos unidades por encima.

b) Falsa.

Aunque el ácido sea débil, sigue siendo un ácido: libera protones y desplaza el equilibrio de autoionización del agua.[H3O+]>10−7 M>[OH−]⟹pH<7[\text{H}_3\text{O}^+] > 10^{-7}\ \text{M} > [\text{OH}^-] \qquad\Longrightarrow\qquad \text{pH} < 7Además, como [H3O+][OH−]=Kw[\text{H}_3\text{O}^+][\text{OH}^-] = K_w, si una sube la otra baja necesariamente. La afirmación describiría una disolución básica, lo contrario de lo que tenemos.

c) Verdadera.

Que el ácido sea débil significa justamente que se disocia poco, así que la mayor parte permanece en forma molecular:[HA]=0,1−x[A−]=xconx≪0,1[\text{HA}] = 0{,}1 - x \qquad\qquad [\text{A}^-] = x \qquad\text{con}\qquad x \ll 0{,}1⟹[HA]≫[A−]\Longrightarrow \quad [\text{HA}] \gg [\text{A}^-]Se ve también en la propia constante: Ka≪1K_a \ll 1 obliga a que el numerador (productos) sea mucho menor que el denominador (ácido sin disociar). Solo si el ácido fuera fuerte se invertiría la relación.
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Consejo

Distingue con claridad ácido débil de disolución poco ácida. Un ácido débil concentrado puede tener un pH bajo, y uno fuerte muy diluido, un pH cercano a 7. Lo que caracteriza a un ácido débil es su KaK_a pequeña, es decir, que se disocia parcialmente.

El apartado a) encierra una comprobación útil: para un ácido de concentración cc, el pH de un ácido fuerte es −log⁡c-\log c, y ese valor es el mínimo posible. Cualquier ácido débil de la misma concentración tendrá un pH mayor.

Y en b), la relación [H3O+][OH−]=10−14[\text{H}_3\text{O}^+][\text{OH}^-] = 10^{-14} vale en cualquier disolución acuosa, ácida o básica. Es el criterio que decide cuál de las dos concentraciones domina.
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