QuímicaFácilProblema · 3 pts

pH de ácidos y bases

También trata: Valoraciones y neutralización

Castilla-La Mancha · 2020 · Julio

Enunciado

Se dispone de dos disoluciones: una de

\text{HNO}_3

0{,}5\,\text{M}

y otra, de

\text{NaOH}

0{,}25\,\text{M}

.

a) (1,5 p) Calcular el pH de ambas disoluciones.

b) (1 p) Se valoran

20{,}0\,\text{mL}

de la disolución de

\text{HNO}_3

con la disolución de

\text{NaOH}

. ¿Qué volumen de ésta será necesario añadir para alcanzar el punto final de la valoración? ¿Qué reacción tiene lugar durante la misma?

c) (0,5 p) ¿Cuánto valdrá el pH cuando se hayan añadido

20{,}0\,\text{mL}

\text{NaOH}

Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido

Resultado

\boxed{\text{a) pH}(\text{HNO}_3) = 0{,}30;\quad \text{pH}(\text{NaOH}) = 13{,}40}

\boxed{\text{b) } V = 40{,}0\,\text{mL};\quad \text{HNO}_3 + \text{NaOH} \to \text{NaNO}_3 + \text{H}_2\text{O}}

\boxed{\text{c) pH} = 0{,}90}

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

El ácido nítrico es un ácido fuerte y el hidróxido de sodio una base fuerte: los dos están totalmente disociados en agua, así que

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

[\text{OH}^-]

son directamente sus concentraciones. No hay equilibrio que resolver.

En la valoración, el punto final se alcanza cuando los moles de

\text{OH}^-

añadidos igualan a los de

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

del ácido (estequiometría 1:1). Si se añade menos base, queda ácido sin neutralizar: se calcula el exceso y se divide entre el volumen total de la mezcla.

Desarrollo

a) pH de cada disolución.

Ácido nítrico. Se disocia por completo:

\text{HNO}_3 + \text{H}_2\text{O} \longrightarrow \text{NO}_3^- + \text{H}_3\text{O}^+ \qquad [\text{H}_3\text{O}^+] = 0{,}5\,\text{mol}\,\text{L}^{-1}

\text{pH} = -\log 0{,}5 = 0{,}30

Hidróxido de sodio. También totalmente disociado:

\text{NaOH} \longrightarrow \text{Na}^+ + \text{OH}^- \qquad [\text{OH}^-] = 0{,}25\,\text{mol}\,\text{L}^{-1}

\text{pOH} = -\log 0{,}25 = 0{,}60 \qquad \text{pH} = 14 - \text{pOH} = 14 - 0{,}60 = 13{,}40

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

b) Volumen de NaOH en el punto final.

La reacción que tiene lugar es una neutralización entre un ácido fuerte y una base fuerte:

\text{HNO}_3 + \text{NaOH} \longrightarrow \text{NaNO}_3 + \text{H}_2\text{O} \qquad (\text{en forma iónica: } \text{H}_3\text{O}^+ + \text{OH}^- \longrightarrow 2\,\text{H}_2\text{O})

Moles de ácido en la muestra:

n(\text{HNO}_3) = 0{,}0200\,\text{L} \cdot 0{,}5\,\text{mol}\,\text{L}^{-1} = 0{,}0100\,\text{mol}

En el punto final,

n(\text{NaOH}) = n(\text{HNO}_3)

(relación 1:1):

V(\text{NaOH}) = \frac{0{,}0100\,\text{mol}}{0{,}25\,\text{mol}\,\text{L}^{-1}} = 0{,}0400\,\text{L} = 40{,}0\,\text{mL}

En ese punto solo queda

\text{NaNO}_3

, una sal que no se hidroliza (procede de ácido y base fuertes), así que el pH de equivalencia es 7.

c) pH tras añadir 20,0 mL de NaOH.

Moles de base añadidos:

n(\text{OH}^-) = 0{,}0200 \cdot 0{,}25 = 0{,}0050\,\text{mol}

Es la mitad de lo necesario: se neutraliza la mitad del ácido y sobra

n(\text{H}_3\text{O}^+)_{\text{exceso}} = 0{,}0100 - 0{,}0050 = 0{,}0050\,\text{mol}

en un volumen total de

20{,}0 + 20{,}0 = 40{,}0\,\text{mL}

[\text{H}_3\text{O}^+] = \frac{0{,}0050}{0{,}0400} = 0{,}125\,\text{mol}\,\text{L}^{-1} \qquad \text{pH} = -\log 0{,}125 = 0{,}90

Consejo

En una mezcla de ácido y base fuertes, calcula primero qué sobra (en moles) y después divide entre el volumen total: el error típico es dividir entre los 20 mL de la muestra.

Un pH menor que 1 no es un error: con $[\text{H}_3\text{O}^+] > 0{,}1\,\text{M}$ es lo esperable.