QuímicaMedioProblema · 3 pts

pH de ácidos y bases

También trata: Valoraciones y neutralización

Castilla-La Mancha · 2019 · Julio · Opción B

Enunciado

Se dispone de 50 mL de disolución acuosa 0,5 M de

\text{NH}_3

.

a) (1,5 p) Calcula el pH y el grado de disociación del amoniaco en la disolución.

b) (1 p) Escribe la reacción química que tiene lugar en la valoración de la disolución anterior con HCl 0,75 M. ¿Qué volumen del ácido se necesita para alcanzar el punto de equivalencia?

c) (0,5 p) ¿Qué volumen de amoniaco comercial del 24 % (p/p) y densidad 0,91 g/mL será necesario para preparar por dilución la disolución del enunciado?

Datos:

K_b(\text{NH}_3) = 1{,}8\cdot 10^{-5}

; masas atómicas: N = 14,0; H = 1,0.

Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido

Resultado

\boxed{\text{pH} = 11{,}48 \qquad \alpha = 6{,}0\cdot 10^{-3}\ (0{,}60\ \%)}

\boxed{\text{NH}_3 + \text{HCl} \to \text{NH}_4\text{Cl};\quad V(\text{HCl}) = 33{,}3\ \text{mL}}

\boxed{V(\text{comercial}) = 1{,}95\ \text{mL}}

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

El amoniaco es una base débil: solo una pequeña fracción reacciona con el agua. Se monta la tabla de concentraciones con

x = [\text{OH}^-]

, se usa

K_b

para hallar

x

y de ahí salen el pOH, el pH y el grado de disociación

\alpha = x/c_0

.

En la valoración, el HCl neutraliza el

\text{NH}_3

mol a mol: en el punto de equivalencia los moles de ácido añadidos igualan a los de amoniaco.

Para la dilución, los moles de

\text{NH}_3

de la disolución final tienen que salir del amoniaco comercial: se pasan a masa, se divide entre la riqueza y se convierte en volumen con la densidad.

Desarrollo

a) pH y grado de disociación.

\text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{NH}_4^+ + \text{OH}^-

	$[\text{NH}_3]$	$[\text{NH}_4^+]$	$[\text{OH}^-]$
Inicial	$0{,}5$	$0$	$0$
Cambio	$-x$	$+x$	$+x$
Equilibrio	$0{,}5 - x$	$x$	$x$

K_b = \frac{[\text{NH}_4^+][\text{OH}^-]}{[\text{NH}_3]} = \frac{x^2}{0{,}5 - x} = 1{,}8\cdot 10^{-5}

Como

K_b

es pequeña frente a la concentración, aproximamos

0{,}5 - x \approx 0{,}5

x^2 = 1{,}8\cdot 10^{-5} \cdot 0{,}5 = 9{,}0\cdot 10^{-6} \quad\Rightarrow\quad x = [\text{OH}^-] = 3{,}0\cdot 10^{-3}\ \text{M}

La aproximación es válida:

x

es el 0,6 % de 0,5 (resolviendo la ecuación de segundo grado sale

x = 2{,}99\cdot 10^{-3}\ \text{M}

, prácticamente lo mismo).

\text{pOH} = -\log(3{,}0\cdot 10^{-3}) = 2{,}52 \qquad \text{pH} = 14 - 2{,}52 = 11{,}48

\alpha = \frac{x}{c_0} = \frac{3{,}0\cdot 10^{-3}}{0{,}5} = 6{,}0\cdot 10^{-3}\quad (0{,}60\ \%)

Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)

b) Valoración con HCl.

Reacción de neutralización:

\text{NH}_3 + \text{HCl} \longrightarrow \text{NH}_4\text{Cl}

o, en forma iónica,

\text{NH}_3 + \text{H}_3\text{O}^+ \longrightarrow \text{NH}_4^+ + \text{H}_2\text{O}

.

Moles de amoniaco que hay que neutralizar:

n(\text{NH}_3) = 0{,}050\ \text{L} \cdot 0{,}5\ \text{mol}\,\text{L}^{-1} = 0{,}025\ \text{mol}

En el punto de equivalencia,

n(\text{HCl}) = n(\text{NH}_3) = 0{,}025\ \text{mol}

V(\text{HCl}) = \frac{0{,}025\ \text{mol}}{0{,}75\ \text{mol}\,\text{L}^{-1}} = 0{,}0333\ \text{L} = 33{,}3\ \text{mL}

(En ese punto la disolución contiene

\text{NH}_4\text{Cl}

, que se hidroliza: el pH de equivalencia es ácido.)

c) Volumen de amoniaco comercial.

Necesitamos los mismos 0,025 mol de

\text{NH}_3

. Con

M(\text{NH}_3) = 14{,}0 + 3 \cdot 1{,}0 = 17{,}0\ \text{g}\,\text{mol}^{-1}

m(\text{NH}_3) = 0{,}025\ \text{mol} \cdot 17{,}0\ \text{g}\,\text{mol}^{-1} = 0{,}425\ \text{g}

Solo el 24 % en masa del amoniaco comercial es

\text{NH}_3

m(\text{disolución comercial}) = \frac{0{,}425\ \text{g}}{0{,}24} = 1{,}77\ \text{g}

V = \frac{1{,}77\ \text{g}}{0{,}91\ \text{g}\,\text{mL}^{-1}} = 1{,}95\ \text{mL}

Se toman 1,95 mL del amoniaco comercial y se diluyen con agua hasta 50 mL.

Consejo

En una base débil, lo que sale de Kb es [OH⁻], no [H₃O⁺]: calcula primero el pOH y luego pH = 14 − pOH. Dar pH = 2,52 es el fallo más típico.

En la dilución, la riqueza se aplica dividiendo (necesitas más disolución comercial que NH₃ puro), y la densidad pasa de masa a volumen de la disolución comercial, no de la diluida.

Paso 1 de 3

¿Lo has intentado? Con una cuenta marcas hasta dónde llegaste y te proponemos qué repasar después.

¿Te atascas?Pregunta a otros estudiantes y profesores en la comunidad.

Sigue practicando

pH de ácidos y bases

(2 puntos: 1 punto cada apartado) Se disuelven