QuímicaMedio2 pts

Teorías ácido-base e hidrólisis

Extremadura · 2022 · Junio

Enunciado

Sean las sustancias: A)

\text{H}_2\text{PO}_4^-

; B)

\text{PO}_4^{3-}

; C)

\text{NH}_4^+

; D)

\text{NO}_3^-

; E)

\text{CO}_3^{2-}

.

a) (1 punto) Escribir las reacciones que sufren las cinco sustancias con agua.

b) (1 punto) Indicar si las sustancias tienen carácter ácido, básico, neutro o anfótero.

Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido

Resultado

\boxed{\;\text{H}_2\text{PO}_4^-:\ \text{anfótero};\quad \text{PO}_4^{3-}:\ \text{básico};\quad \text{NH}_4^+:\ \text{ácido}\;}

\boxed{\;\text{NO}_3^-:\ \text{neutro (no se hidroliza)};\quad \text{CO}_3^{2-}:\ \text{básico}\;}

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Se usa la teoría de Brønsted-Lowry: un ácido cede un protón al agua (y se forma

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

) y una base lo capta del agua (y se forma

\text{OH}^-

). Para cada especie hay que ver si puede ceder un

\text{H}^+

, captarlo o las dos cosas. La regla de los pares conjugados decide si la reacción es apreciable: el conjugado de un ácido débil es una base con fuerza apreciable, y el conjugado de un ácido fuerte (

\text{HNO}_3

) es tan débil que no reacciona con el agua.

Desarrollo

a) Reacciones con el agua.

A) Ion dihidrogenofosfato, $\text{H}_2\text{PO}_4^-$ . Todavía tiene hidrógenos ácidos y además es la base conjugada del

\text{H}_3\text{PO}_4

, así que puede hacer las dos cosas:

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

\text{H}_2\text{PO}_4^-(aq) + \text{H}_2\text{O}(l) \rightleftharpoons \text{H}_3\text{PO}_4(aq) + \text{OH}^-(aq)\qquad\text{(como base)}

B) Ion fosfato, $\text{PO}_4^{3-}$ . No tiene hidrógenos; es la base conjugada del

\text{HPO}_4^{2-}

, un ácido muy débil, y capta un protón del agua:

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

C) Ion amonio, $\text{NH}_4^+$ . Es el ácido conjugado del amoniaco, una base débil, y cede un protón al agua:

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

D) Ion nitrato, $\text{NO}_3^-$ . Es la base conjugada del ácido nítrico, un ácido fuerte. Su tendencia a captar un protón es despreciable: el equilibrio

\text{NO}_3^-(aq) + \text{H}_2\text{O}(l) \rightleftharpoons \text{HNO}_3(aq) + \text{OH}^-(aq)

está totalmente desplazado hacia la izquierda; en la práctica, el

\text{NO}_3^-

no reacciona con el agua (no se hidroliza).

E) Ion carbonato, $\text{CO}_3^{2-}$ . Es la base conjugada del

\text{HCO}_3^-

, un ácido débil, y capta un protón del agua:

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

b) Carácter de cada sustancia.

Sustancia	Comportamiento	Carácter
A) $\text{H}_2\text{PO}_4^-$	Cede y capta protones	Anfótero
B) $\text{PO}_4^{3-}$	Capta un protón, libera $\text{OH}^-$	Básico
C) $\text{NH}_4^+$	Cede un protón, libera $\text{H}_3\text{O}^+$	Ácido
D) $\text{NO}_3^-$	No reacciona con el agua	Neutro
E) $\text{CO}_3^{2-}$	Capta un protón, libera $\text{OH}^-$	Básico

El $\text{H}_2\text{PO}_4^-$ es anfótero porque puede actuar como ácido o como base de Brønsted según con quién reaccione. (En agua predomina ligeramente su carácter ácido, porque su constante como ácido, $K_{a2} \approx 6\cdot 10^{-8}$ , es mayor que su constante como base, $K_b = K_w/K_{a1} \approx 1\cdot 10^{-12}$ ; por eso una disolución de $\text{NaH}_2\text{PO}_4$ es algo ácida.)
El $\text{PO}_4^{3-}$ y el $\text{CO}_3^{2-}$ son bases porque proceden de ácidos débiles; por eso las disoluciones de $\text{Na}_3\text{PO}_4$ o de $\text{Na}_2\text{CO}_3$ son básicas.
El $\text{NH}_4^+$ es ácido: sus sales con aniones de ácidos fuertes ( $\text{NH}_4\text{Cl}$ ) dan disoluciones ácidas.
El $\text{NO}_3^-$ es neutro: es la base conjugada, prácticamente nula, de un ácido fuerte.

Consejo

Para cada especie pregúntate de dónde viene: el conjugado de un ácido o una base débil reacciona con el agua; el de uno fuerte ( $\text{NO}_3^-$ , $\text{Cl}^-$ , $\text{Na}^+$ ) no.

Y escribe siempre el agua en las reacciones con sus productos, $\text{H}_3\text{O}^+$ u $\text{OH}^-$ : es lo que justifica el carácter ácido o básico. Para el anfótero, escribe las dos reacciones.