QuímicaMedioProblema · 2,5 pts

Problema resuelto de Química: pH de ácidos y basesSelectividad (PAU) · País Vasco 2019 · Julio · Opción B

También trata: Teorías ácido-base e hidrólisis

Enunciado

Se tiene una disolución de ácido acético de pH = 3.

K_a

(ácido acético)

= 1{,}8\cdot 10^{-5}

a) Calcular la concentración de la disolución y el grado de ionización del ácido acético. (1 punto)

b) Se quiere preparar con ácido clorhídrico una disolución de igual pH. ¿Cuántos gramos de HCl puro se precisarán para preparar 250 mL de disolución? (1 punto)

c) Ordenar por pH creciente las disoluciones de igual concentración de los siguientes compuestos: ácido acético, cloruro sódico, acetato sódico y ácido clorhídrico. Razona la respuesta. (0,5 puntos)

Datos (de la tabla del examen): masas atómicas (u): H = 1; Cl = 35,5.

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Resultado

C_0 = 0{,}0556\ \text{mol/L}

;

\alpha = 0{,}018

(1,8 %).

b)

9{,}1\cdot 10^{-3}\ \text{g}

de HCl (unos 9 mg).

c) pH creciente: ácido clorhídrico < ácido acético < cloruro sódico (neutra) < acetato sódico (básica, por hidrólisis del acetato).

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

El pH da la concentración de H₃O⁺ en el equilibrio. El acético es un ácido débil: con la tabla de concentraciones y

K_a

se despeja la concentración inicial, y el cociente entre lo ionizado y lo inicial es el grado de ionización.

El HCl es un ácido fuerte y monoprótico: se ioniza entero, así que su concentración es la de H₃O⁺. De ahí salen los moles en 250 mL y los gramos.

Para ordenar las cuatro disoluciones hay que decidir qué hace cada sustancia en agua: los dos ácidos dan pH ácido (más el fuerte), la sal de ácido fuerte y base fuerte es neutra y la sal de ácido débil se hidroliza y da pH básico.

Desarrollo

a) Concentración de H₃O⁺

\text{pH} = 3 \quad\Rightarrow\quad [\text{H}_3\text{O}^+] = 10^{-3}\ \text{mol/L}

Tabla de concentraciones. Con concentración inicial

C_0

y grado de ionización

\alpha

\text{CH}_3\text{COOH} + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}_3\text{O}^+

	$\text{CH}_3\text{COOH}$	$\text{CH}_3\text{COO}^-$	$\text{H}_3\text{O}^+$
Inicio	$C_0$	0	0
Equilibrio	$C_0(1-\alpha)$	$C_0\alpha$	$C_0\alpha$

con

C_0\alpha = 10^{-3}\ \text{mol/L}

.

Constante de acidez. Como

K_a

es pequeña,

1 - \alpha \approx 1

K_a = \frac{[\text{CH}_3\text{COO}^-][\text{H}_3\text{O}^+]}{[\text{CH}_3\text{COOH}]} \approx \frac{(10^{-3})^2}{C_0} \quad\Rightarrow\quad C_0 = \frac{10^{-6}}{1{,}8\cdot 10^{-5}} = 0{,}0556\ \text{mol/L}

Grado de ionización.

\alpha = \frac{10^{-3}}{0{,}0556} = 0{,}018 \quad (1{,}8\ \%)

Muy pequeño, así que la aproximación es válida. (Sin aproximar,

C_0 = 0{,}0566\ \text{mol/L}

\alpha = 0{,}0177

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

b) HCl para el mismo pH

El HCl es un ácido fuerte y monoprótico, totalmente ionizado:

\text{HCl}(aq) + \text{H}_2\text{O} \longrightarrow \text{H}_3\text{O}^+(aq) + \text{Cl}^-(aq)

Para pH = 3,

[\text{HCl}] = [\text{H}_3\text{O}^+] = 10^{-3}\ \text{mol/L}

.

Moles y masa. Con

M(\text{HCl}) = 1 + 35{,}5 = 36{,}5\ \text{g/mol}

n = 10^{-3}\ \text{mol/L}\cdot 0{,}250\ \text{L} = 2{,}5\cdot 10^{-4}\ \text{mol} \qquad m = 2{,}5\cdot 10^{-4}\cdot 36{,}5 = 9{,}1\cdot 10^{-3}\ \text{g}

c) Orden por pH creciente

Ácido clorhídrico: ácido fuerte, totalmente ionizado. Es el más ácido (pH más bajo).
Ácido acético: ácido débil, solo se ioniza en parte. A igual concentración da menos H₃O⁺ que el HCl: pH ácido, pero mayor.
Cloruro sódico: sal de ácido fuerte (HCl) y base fuerte (NaOH). Ni el Na⁺ ni el Cl⁻ se hidrolizan: disolución neutra, pH = 7.
Acetato sódico: sal de ácido débil y base fuerte. El ion acetato, base conjugada del acético, se hidroliza:

\text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COOH} + \text{OH}^-

y la disolución es básica, pH > 7.

Orden:

\text{pH}(\text{HCl}) < \text{pH}(\text{CH}_3\text{COOH}) < \text{pH}(\text{NaCl}) < \text{pH}(\text{CH}_3\text{COONa})

Consejo

En c) la puntuación está en el razonamiento, no en la lista: di para cada sal de qué ácido y qué base procede y escribe la hidrólisis del ion que reacciona con el agua (aquí, el acetato). Y fíjate en la comparación de a) y b): para el mismo pH hace falta mucho más ácido acético que clorhídrico, porque solo se ioniza un 1,8 %.

Paso 1 de 3

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pH de ácidos y bases

(2 puntos: 1 punto cada apartado) Se disuelven