QuímicaFácilCuestión · 2 pts

pH de ácidos y bases

También trata: Valoraciones y neutralización

Comunidad de Madrid · 2021 · Julio

Enunciado

Responda las siguientes cuestiones:

a) (1 punto) Ordene por orden creciente de pH las disoluciones acuosas de igual concentración de los siguientes compuestos: HF,

\text{NH}_3

, HCN y NaCl. Razone la respuesta.

b) (1 punto) Calcule la concentración de una disolución de ácido acético sabiendo que

75\ \text{mL}

de esta disolución se neutralizan con

100\ \text{mL}

de una disolución de hidróxido de potasio

0{,}15\ \text{M}

.

Datos.

K_a(\text{HF}) = 1{,}4\cdot 10^{-4}

;

K_b(\text{NH}_3) = 1{,}8\cdot 10^{-5}

;

K_a(\text{HCN}) = 4{,}9\cdot 10^{-10}

Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido

Resultado

a) $\text{pH}$ : HF < HCN < NaCl < $\text{NH}_3$ (ácido de mayor $K_a$ < ácido de menor $K_a$ < sal neutra < base).
b) $[\text{CH}_3\text{COOH}] = 0{,}20\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}$

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

a) Se clasifica cada sustancia: ácido, base o sal neutra. Los ácidos dan pH < 7, la sal de ácido fuerte y base fuerte da pH = 7 y la base, pH > 7. Entre dos ácidos débiles de la misma concentración, el de mayor $K_a$ está más disociado, da más $\text{H}_3\text{O}^+$ y tiene menor pH.
b) En el punto de neutralización, los moles de $\text{H}^+$ del ácido igualan a los moles de $\text{OH}^-$ de la base. El ácido acético y el KOH reaccionan mol a mol.

Desarrollo

a) Orden de pH

HF y HCN son ácidos débiles: $\text{HA} + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{A}^- + \text{H}_3\text{O}^+$ . Sus disoluciones son ácidas (pH < 7). Como $K_a(\text{HF}) = 1{,}4\cdot 10^{-4} \gg K_a(\text{HCN}) = 4{,}9\cdot 10^{-10}$ , a igual concentración el HF está mucho más disociado: da más $\text{H}_3\text{O}^+$ y su pH es menor que el del HCN.
NaCl es una sal de ácido fuerte (HCl) y base fuerte (NaOH). Sus iones, $\text{Na}^+$ y $\text{Cl}^-$ , son ácido y base conjugados muy débiles y no se hidrolizan: la disolución es neutra (pH = 7 a $25\ ^\circ\text{C}$ ).
$\text{NH}_3$ es una base débil: $\text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{NH}_4^+ + \text{OH}^-$ . Su disolución es básica (pH > 7).

\boxed{\text{pH}(\text{HF}) < \text{pH}(\text{HCN}) < \text{pH}(\text{NaCl}) < \text{pH}(\text{NH}_3)}

Como referencia, para disoluciones

0{,}1\ \text{M}

saldrían pH de unos 2,4 (HF), 5,2 (HCN), 7 (NaCl) y 11,1 (

\text{NH}_3

).

b) Concentración del ácido acético

Reacción de neutralización (estequiometría 1:1):

\text{CH}_3\text{COOH} + \text{KOH} \rightarrow \text{CH}_3\text{COOK} + \text{H}_2\text{O}

Moles de base gastados:

n(\text{KOH}) = 0{,}15\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1} \cdot 0{,}100\ \text{L} = 1{,}5\cdot 10^{-2}\ \text{mol}

En la neutralización,

n(\text{CH}_3\text{COOH}) = n(\text{KOH})

, luego:

[\text{CH}_3\text{COOH}] = \frac{1{,}5\cdot 10^{-2}\ \text{mol}}{0{,}075\ \text{L}} = 0{,}20\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}

Equivale a usar

M_a V_a = M_b V_b

, válido porque ácido y base intercambian un solo protón por fórmula. Que el ácido acético sea débil no cambia nada: la base fuerte lo neutraliza por completo.

En la simulación de la valoración se ha usado la

K_a

tabulada del ácido acético (

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

, no la da el enunciado) solo para dibujar la curva; el punto de equivalencia sale en

100\ \text{mL}

de KOH.

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

Consejo

Orden creciente de pH = de más ácido a más básico. No inviertas el orden por pensar en la fuerza del ácido: el ácido más fuerte va el primero.

En una neutralización la fuerza del ácido no importa para calcular su concentración: solo cuentan los moles (y cuántos $\text{H}^+$ u $\text{OH}^-$ aporta cada fórmula).