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Teorías ácido-base e hidrólisis

Andalucía · 2021 · Junio

Enunciado

Bloque B · B5. Entre las disoluciones de las siguientes sustancias,

\text{NH}_3

\text{NaCl}

\text{NaOH}

\text{NH}_4\text{Cl}

, todas ellas de igual concentración, justifique:

a) Cuál de ellas tendrá el pH más alto.

b) Cuál de ellas tendrá una

[\text{OH}^-] < 10^{-7}

M.

c) En cuál de ellas

[\text{OH}^-] = [\text{H}_3\text{O}^+]

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Resultado

\boxed{\;\textbf{a) el NaOH, por ser base fuerte (totalmente disociada)}\;}

\boxed{\;\textbf{b) el } \text{NH}_4\text{Cl}: \text{ el } \text{NH}_4^+ \text{ se hidroliza y la disolución es ácida}\;}

\boxed{\;\textbf{c) el NaCl: sal de ácido fuerte y base fuerte, disolución neutra}\;}

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Clasifica primero las cuatro sustancias según su comportamiento en agua; después, las tres preguntas se responden solas.

\text{NaOH: base } \textbf{fuerte} \qquad \text{NH}_3: \text{ base } \textbf{débil}

\text{NaCl: sal } \textbf{neutra} \qquad \text{NH}_4\text{Cl: sal } \textbf{ácida}

Y traduce las condiciones de los apartados b) y c) al lenguaje del pH:

[\text{OH}^-] < 10^{-7} \text{ M} \;\Longleftrightarrow\; \text{pH} < 7 \;\Longleftrightarrow\; \textbf{ácida}

[\text{OH}^-] = [\text{H}_3\text{O}^+] \;\Longleftrightarrow\; \text{pH} = 7 \;\Longleftrightarrow\; \textbf{neutra}

Desarrollo

Clasificación de las cuatro disoluciones.

$\text{NaOH}$ — base fuerte. Se disocia totalmente:

\text{NaOH} \longrightarrow \text{Na}^+ + \text{OH}^- \qquad [\text{OH}^-] = c

$\text{NH}_3$ — base débil. Se ioniza solo parcialmente (

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

\text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{NH}_4^+ + \text{OH}^- \qquad [\text{OH}^-] \ll c

$\text{NaCl}$ — sal neutra. Procede de ácido fuerte (

\text{HCl}

) y base fuerte (

\text{NaOH}

): ninguno de sus iones se hidroliza.

$\text{NH}_4\text{Cl}$ — sal ácida. Procede de ácido fuerte y base débil; el catión amonio se hidroliza:

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

a) pH más alto: el $\text{NaOH}$ .

Las dos únicas disoluciones básicas son el

\text{NaOH}

y el

\text{NH}_3

. A igual concentración, decide la fuerza:

El $\text{NaOH}$ está totalmente disociado: $[\text{OH}^-] = c$ .
El $\text{NH}_3$ solo lo está en un pequeño porcentaje: $[\text{OH}^-] = \sqrt{K_b c} \ll c$ .

Con

c = 0{,}1

M, por ejemplo:

[\text{OH}^-]_{\text{NaOH}} = 0{,}1 \text{ M} \Rightarrow \text{pH} = 13{,}0

[\text{OH}^-]_{\text{NH}_3} = \sqrt{1{,}8\cdot 10^{-5}\cdot 0{,}1} = 1{,}34\cdot 10^{-3} \text{ M} \Rightarrow \text{pH} = 11{,}1

\boxed{\text{pH}(\text{NaOH}) > \text{pH}(\text{NH}_3) > \text{pH}(\text{NaCl}) > \text{pH}(\text{NH}_4\text{Cl})}

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

b) $[\text{OH}^-] < 10^{-7}$ M: el $\text{NH}_4\text{Cl}$ .

Esa condición equivale a

[\text{H}_3\text{O}^+] > 10^{-7}

M, es decir, disolución ácida (

\text{pH} < 7

). De las cuatro, la única ácida es el cloruro de amonio:

El $\text{Cl}^-$ , base conjugada de un ácido fuerte, es un espectador.
El $\text{NH}_4^+$ , ácido conjugado de una base débil, se hidroliza y libera $\text{H}_3\text{O}^+$ :

\text{NH}_4^+ + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{NH}_3 + \text{H}_3\text{O}^+ \qquad K_a = \frac{K_w}{K_b} = 5{,}6\cdot 10^{-10}

Con

c = 0{,}1

M, el pH sería

5{,}13

: efectivamente ácido.

c) $[\text{OH}^-] = [\text{H}_3\text{O}^+]$ : el $\text{NaCl}$ .

Esa igualdad define una disolución neutra, con

\text{pH} = 7

25\ ^\circ

[\text{OH}^-] = [\text{H}_3\text{O}^+] = \sqrt{K_w} = 10^{-7} \text{ M}

El cloruro de sodio procede de un ácido fuerte y una base fuerte, así que ninguno de sus iones se hidroliza:

\text{Na}^+ + \text{H}_2\text{O} \;\nrightarrow\; \qquad \text{Cl}^- + \text{H}_2\text{O} \;\nrightarrow\;

Ambos son espectadores, y la única fuente de

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

\text{OH}^-

sigue siendo la autoionización del agua.

Consejo

Antes de responder nada, clasifica las cuatro sustancias. Con esa tabla, los tres apartados son inmediatos:
Carácter pH
$\text{NaOH}$ base fuerte muy alto
$\text{NH}_3$ base débil alto
$\text{NaCl}$ sal neutra $= 7$
$\text{NH}_4\text{Cl}$ sal ácida $< 7$
Y traduce siempre las condiciones al lenguaje del pH: " $[\text{OH}^-] < 10^{-7}$ " suena a cálculo, pero solo significa "ácida". Reconocerlo ahorra tiempo y evita errores.

	Carácter	pH
$\text{NaOH}$	base fuerte	muy alto
$\text{NH}_3$	base débil	alto
$\text{NaCl}$	sal neutra	$= 7$
$\text{NH}_4\text{Cl}$	sal ácida	$< 7$

Paso 1 de 3

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