QuímicaMedio2 pts

Teorías ácido-base e hidrólisis

Extremadura · 2019 · Junio · Opción B

Enunciado

Para los siguientes iones y moléculas: 1)

\text{HS}^-

; 2)

\text{NH}_4^+

; 3)

\text{HNO}_3

; 4)

\text{CO}_3^{2-}

; 5)

\text{H}_2\text{PO}_4^-

.

a) (1 punto) Escribir la reacción de cada compuesto con el agua.

b) (1 punto) Al reaccionar con el agua, justificar de acuerdo a la teoría de Brönsted y Lowry, el carácter ácido, básico o anfótero de cada compuesto.

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Resultado

\boxed{\;\text{Ácidos: NH}_4^+ \text{ y HNO}_3 \text{ (fuerte)};\ \text{base: CO}_3^{2-}\;}

\boxed{\;\text{Anfóteros: HS}^- \text{ y H}_2\text{PO}_4^-\;}

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Estrategia

Según Brønsted y Lowry, un ácido es una especie que cede un protón (

\text{H}^+

) y una base, la que lo acepta. Frente al agua, un ácido le da un protón (se forma

\text{H}_3\text{O}^+

) y una base se lo quita (se forma

\text{OH}^-

). Una especie anfótera puede hacer las dos cosas: tiene un H que ceder y, a la vez, carga negativa o pares libres para aceptar otro.

Para cada especie se escribe su reacción con el agua y se identifica el par conjugado que se forma.

Desarrollo

a) Reacciones con el agua

1) Ion hidrogenosulfuro, $\text{HS}^-$ : puede ceder su H o captar uno.

\text{HS}^-(aq) + \text{H}_2\text{O}(l) \rightleftharpoons \text{S}^{2-}(aq) + \text{H}_3\text{O}^+(aq)

\text{HS}^-(aq) + \text{H}_2\text{O}(l) \rightleftharpoons \text{H}_2\text{S}(aq) + \text{OH}^-(aq)

2) Ion amonio, $\text{NH}_4^+$ : cede un protón al agua.

\text{NH}_4^+(aq) + \text{H}_2\text{O}(l) \rightleftharpoons \text{NH}_3(aq) + \text{H}_3\text{O}^+(aq)

3) Ácido nítrico, $\text{HNO}_3$ : ácido fuerte, cede su protón por completo (flecha simple).

\text{HNO}_3(aq) + \text{H}_2\text{O}(l) \longrightarrow \text{NO}_3^-(aq) + \text{H}_3\text{O}^+(aq)

4) Ion carbonato, $\text{CO}_3^{2-}$ : no tiene H que ceder; capta un protón del agua.

\text{CO}_3^{2-}(aq) + \text{H}_2\text{O}(l) \rightleftharpoons \text{HCO}_3^-(aq) + \text{OH}^-(aq)

5) Ion dihidrogenofosfato, $\text{H}_2\text{PO}_4^-$ : puede ceder uno de sus H o captar uno.

\text{H}_2\text{PO}_4^-(aq) + \text{H}_2\text{O}(l) \rightleftharpoons \text{HPO}_4^{2-}(aq) + \text{H}_3\text{O}^+(aq)

\text{H}_2\text{PO}_4^-(aq) + \text{H}_2\text{O}(l) \rightleftharpoons \text{H}_3\text{PO}_4(aq) + \text{OH}^-(aq)

b) Carácter según Brønsted-Lowry

Especie	Qué hace frente al agua	Par conjugado	Carácter
$\text{HS}^-$	Cede $\text{H}^+$ (da $\text{S}^{2-}$ ) y acepta $\text{H}^+$ (da $\text{H}_2\text{S}$ )	$\text{HS}^-/\text{S}^{2-}$ y $\text{H}_2\text{S}/\text{HS}^-$	Anfótero
$\text{NH}_4^+$	Cede $\text{H}^+$	$\text{NH}_4^+/\text{NH}_3$	Ácido
$\text{HNO}_3$	Cede $\text{H}^+$ por completo	$\text{HNO}_3/\text{NO}_3^-$	Ácido (fuerte)
$\text{CO}_3^{2-}$	Acepta $\text{H}^+$	$\text{HCO}_3^-/\text{CO}_3^{2-}$	Base
$\text{H}_2\text{PO}_4^-$	Cede $\text{H}^+$ (da $\text{HPO}_4^{2-}$ ) y acepta $\text{H}^+$ (da $\text{H}_3\text{PO}_4$ )	$\text{H}_2\text{PO}_4^-/\text{HPO}_4^{2-}$ y $\text{H}_3\text{PO}_4/\text{H}_2\text{PO}_4^-$	Anfótero

El $\text{NH}_4^+$ y el $\text{HNO}_3$ son ácidos: ceden un protón al agua, que actúa como base, y se forma $\text{H}_3\text{O}^+$ . Sus bases conjugadas son el $\text{NH}_3$ y el $\text{NO}_3^-$ . El $\text{HNO}_3$ es fuerte (reacción total); el $\text{NH}_4^+$ , débil (equilibrio).
El $\text{CO}_3^{2-}$ es una base: acepta un protón del agua, que actúa como ácido, y se forma $\text{OH}^-$ . Su ácido conjugado es el $\text{HCO}_3^-$ .
El $\text{HS}^-$ y el $\text{H}_2\text{PO}_4^-$ son anfóteros: les queda un H que pueden ceder y, por su carga negativa, pueden aceptar otro. Según con quién reaccionen, actúan como ácido o como base (el agua también es anfótera: en unas reacciones capta el protón y en otras lo cede).

Cuál de los dos comportamientos domina en agua lo deciden las constantes: el

\text{HS}^-

es mejor base que ácido (su disolución es básica) y el

\text{H}_2\text{PO}_4^-

, mejor ácido que base (su disolución es ligeramente ácida). Pero los dos son anfóteros según Brønsted-Lowry.

Consejo

Para reconocer un anfótero, mira si la especie tiene a la vez un H ácido que ceder y carga negativa o pares libres para aceptar otro: los aniones con H que vienen de ácidos polipróticos ( $\text{HS}^-$ , $\text{HCO}_3^-$ , $\text{H}_2\text{PO}_4^-$ , $\text{HSO}_4^-$ …) suelen serlo.

En la reacción con el agua, escribe siempre $\text{H}_3\text{O}^+$ u $\text{OH}^-$ como producto: es lo que demuestra si la especie actúa como ácido o como base. Flecha simple solo para el ácido fuerte.