QuímicaMedio2 pts

Teorías ácido-base e hidrólisis

Extremadura · 2021 · Junio

Enunciado

Se tienen las siguientes especies:

\text{HCO}_3^-

\text{NH}_3

\text{CH}_3\text{–COOH}

\text{HPO}_4^{2-}

.

a) (1 punto) Escribir la reacción (o reacciones) de las cuatro especies con el agua.

b) (1 punto) Indicar qué especies tienen carácter ácido, básico o anfótero.

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Resultado

\boxed{\;\text{Ácido: } \text{CH}_3\text{COOH} \quad \text{Básico: } \text{NH}_3 \quad \text{Anfóteros: } \text{HCO}_3^- \text{ y } \text{HPO}_4^{2-}\;}

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Estrategia

Se usa la teoría de Brønsted-Lowry: un ácido cede un protón (

\text{H}^+

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

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

) y una base se lo quita (se forma

\text{OH}^-

). Las especies que tienen un H ácido y además pueden aceptar un protón, como los aniones con hidrógeno de los ácidos polipróticos, pueden hacer las dos cosas: son anfóteras y se escriben dos reacciones.

Desarrollo

a) Reacciones con el agua

Ion hidrogenocarbonato, $\text{HCO}_3^-$ . Puede ceder su protón (actúa como ácido):

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

y también aceptar uno (actúa como base):

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

Amoniaco, $\text{NH}_3$ . El par solitario del nitrógeno acepta un protón del agua (base):

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

Ácido acético (ácido etanoico), $\text{CH}_3\text{–COOH}$ . Cede el protón del grupo carboxilo (ácido débil):

\text{CH}_3\text{COOH}(aq) + \text{H}_2\text{O}(l) \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COO}^-(aq) + \text{H}_3\text{O}^+(aq)

Ion hidrogenofosfato, $\text{HPO}_4^{2-}$ . Como ácido:

\text{HPO}_4^{2-}(aq) + \text{H}_2\text{O}(l) \rightleftharpoons \text{PO}_4^{3-}(aq) + \text{H}_3\text{O}^+(aq)

y como base:

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

En cada reacción el agua hace el papel contrario: frente a un ácido actúa como base (

\text{H}_2\text{O}/\text{H}_3\text{O}^+

) y frente a una base, como ácido (

\text{H}_2\text{O}/\text{OH}^-

).

b) Carácter de cada especie

Especie	Carácter	Par conjugado
$\text{HCO}_3^-$	Anfótero	$\text{HCO}_3^-/\text{CO}_3^{2-}$ y $\text{H}_2\text{CO}_3/\text{HCO}_3^-$
$\text{NH}_3$	Básico	$\text{NH}_4^+/\text{NH}_3$
$\text{CH}_3\text{COOH}$	Ácido	$\text{CH}_3\text{COOH}/\text{CH}_3\text{COO}^-$
$\text{HPO}_4^{2-}$	Anfótero	$\text{HPO}_4^{2-}/\text{PO}_4^{3-}$ y $\text{H}_2\text{PO}_4^-/\text{HPO}_4^{2-}$

El $\text{CH}_3\text{COOH}$ solo puede ceder protones: ácido.
El $\text{NH}_3$ solo acepta protones (no cede los suyos en agua): base.
El $\text{HCO}_3^-$ y el $\text{HPO}_4^{2-}$ pueden ceder y aceptar un protón: anfóteros.

(Para saber qué comportamiento predomina en un anfótero hay que comparar su

K_a

con su

K_b

; en estos dos iones predomina el carácter básico, y sus disoluciones tienen pH algo mayor que 7. Pero el enunciado pide el carácter, y la respuesta es «anfótero».)

Consejo

En un anfótero hay que escribir las dos reacciones con el agua: si solo pones una, pierdes la mitad del apartado a) y el b) queda sin justificar. Señal para reconocerlos: aniones que todavía conservan un H de un ácido poliprótico ( $\text{HCO}_3^-$ , $\text{HSO}_3^-$ , $\text{HPO}_4^{2-}$ , $\text{H}_2\text{PO}_4^-$ …).

Escribe siempre $\text{H}_3\text{O}^+$ (no $\text{H}^+$ suelto) y la doble flecha: son equilibrios de especies débiles.