Problema resuelto de Química: Teorías ácido-base e hidrólisisSelectividad (PAU) · Comunitat Valenciana 2021 · Julio

a) Concentración de protones

De la definición $\text{pH} = -\log[\text{H}_3\text{O}^+]$, se tiene $[\text{H}_3\text{O}^+] = 10^{-\text{pH}}$:$$[\text{H}_3\text{O}^+]_{\text{sangre}} = 10^{-7{,}4} = 3{,}98\cdot 10^{-8}\ \text{M} \qquad [\text{H}_3\text{O}^+]_{\text{vino}} = 10^{-3{,}4} = 3{,}98\cdot 10^{-4}\ \text{M}$$$$\frac{[\text{H}_3\text{O}^+]_{\text{vino}}}{[\text{H}_3\text{O}^+]_{\text{sangre}}} = 10^{7{,}4 - 3{,}4} = 10^4 = 10\,000$$La sangre tiene una concentración de protones $10\,000$ veces menor que el vino: verdadera.

b) Disolución de NaNO₃

El nitrato de sodio se disocia por completo:$$\text{NaNO}_3\text{(s)} \rightarrow \text{Na}^+\text{(ac)} + \text{NO}_3^-\text{(ac)}$$El $\text{Na}^+$ procede de una base fuerte (NaOH) y el $\text{NO}_3^-$ es la base conjugada de un ácido fuerte ($\text{HNO}_3$): ambos son tan débiles que no reaccionan con el agua (no hay hidrólisis). El pH lo fija solo la autoionización del agua y es neutro (pH = 7 a 25 °C). La afirmación es falsa.

c) Papel del HCO₃⁻

En el equilibrio dado, el $\text{HCO}_3^-$ pierde un protón y se convierte en $\text{CO}_3^{2-}$, mientras que el agua lo acepta y pasa a $\text{H}_3\text{O}^+$:$$\underbrace{\text{HCO}_3^-}_{\text{ácido}} + \underbrace{\text{H}_2\text{O}}_{\text{base}} \rightleftharpoons \underbrace{\text{CO}_3^{2-}}_{\text{base conjugada}} + \underbrace{\text{H}_3\text{O}^+}_{\text{ácido conjugado}}$$Quien cede el protón es el ácido de Brönsted-Lowry, así que aquí el $\text{HCO}_3^-$ actúa como ácido (es anfótero, pero en esta reacción no actúa como base). La afirmación es falsa.

d) Disolución de KF

El KF se disocia por completo en $\text{K}^+$ y $\text{F}^-$. El $\text{K}^+$ procede de una base fuerte (KOH) y no hidroliza. En cambio, el $\text{F}^-$ es la base conjugada de un ácido débil (HF), así que reacciona con el agua:$$\text{F}^-\text{(ac)} + \text{H}_2\text{O(l)} \rightleftharpoons \text{HF(ac)} + \text{OH}^-\text{(ac)}$$con una constante de basicidad$$K_b(\text{F}^-) = \frac{K_w}{K_a(\text{HF})} = \frac{1{,}0\cdot 10^{-14}}{6{,}3\cdot 10^{-4}} = 1{,}6\cdot 10^{-11}$$Pequeña, pero no nula: se forman iones $\text{OH}^-$ y el pH es básico (mayor que 7). La afirmación es falsa.