QuímicaMedioProblema · 2 pts

Valoraciones y neutralización

También trata: pH de ácidos y bases

Comunidad de Madrid · 2022 · Julio

Enunciado

Responda razonadamente a las siguientes cuestiones:

a) (1 punto) Tras la adición de hidróxido de sodio

0{,}20\ \text{M}

100\ \text{mL}

de ácido nítrico

0{,}050\ \text{M}

se obtiene una disolución de pH neutro. Escriba la reacción que tiene lugar y calcule el volumen que se añade de la base.

b) (1 punto) El ácido láctico (HA) es un compuesto orgánico con una constante de acidez de

1{,}38\cdot 10^{-4}

y masa molecular

90{,}0\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1}

. Se preparan

100\ \text{mL}

de una disolución de ácido láctico cuyo pH es el mismo que el de otra disolución de

\text{HCl}

0{,}0200\ \text{M}

. Determine los gramos de ácido láctico necesarios para preparar la disolución.

Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido

Resultado

a) $\text{HNO}_3 + \text{NaOH} \to \text{NaNO}_3 + \text{H}_2\text{O}$ ; $V_{\text{NaOH}} = 25\ \text{mL}$ .
b) $c_0 = 2{,}92\ \text{M}$ ; hacen falta $26{,}3\ \text{g}$ de ácido láctico.

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

a) Ácido fuerte (

\text{HNO}_3

) con base fuerte (

\text{NaOH}

): la sal resultante (

\text{NaNO}_3

) no se hidroliza, así que pH neutro = punto de equivalencia. Basta con igualar los moles de ácido y de base.

b) Problema «al revés»: se conoce el pH (el mismo que el del HCl

0{,}0200\ \text{M}

, ácido fuerte, totalmente disociado) y se busca la concentración inicial del ácido débil. En la tabla de equilibrio, ahora

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

es dato y la incógnita es

c_0

. Como el ácido láctico es débil, hará falta una concentración mucho mayor que

0{,}0200\ \text{M}

para dar la misma acidez.

Desarrollo

a) Neutralización del ácido nítrico.

Reacción entre un ácido fuerte y una base fuerte:

\text{HNO}_3 + \text{NaOH} \longrightarrow \text{NaNO}_3 + \text{H}_2\text{O}

El nitrato de sodio procede de un ácido fuerte y una base fuerte: ni el

\text{Na}^+

ni el

\text{NO}_3^-

reaccionan con el agua. Por tanto, si el pH final es neutro es porque la neutralización es exacta: se han añadido los mismos moles de base que de ácido había (estequiometría 1:1).

n(\text{HNO}_3) = 0{,}050\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1} \cdot 0{,}100\ \text{L} = 5{,}0\cdot 10^{-3}\ \text{mol} = n(\text{NaOH})

V_{\text{NaOH}} = \frac{5{,}0\cdot 10^{-3}\ \text{mol}}{0{,}20\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}} = 2{,}5\cdot 10^{-2}\ \text{L} = 25\ \text{mL}

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

b) Masa de ácido láctico.

El HCl es un ácido fuerte y está totalmente disociado:

\text{HCl} + \text{H}_2\text{O} \longrightarrow \text{Cl}^- + \text{H}_3\text{O}^+ \qquad [\text{H}_3\text{O}^+] = 0{,}0200\ \text{M} \quad (\text{pH} = 1{,}70)

Para que la disolución de ácido láctico tenga el mismo pH, en su equilibrio debe haber también

[\text{H}_3\text{O}^+] = 0{,}0200\ \text{M}

. Con

c_0

la concentración inicial (desconocida):

	$\text{HA}$	$\text{H}_2\text{O}$	$\text{A}^-$	$\text{H}_3\text{O}^+$
Inicial (M)	$c_0$	—	$0$	$0$
Cambio (M)	$-0{,}0200$	—	$+0{,}0200$	$+0{,}0200$
Equilibrio (M)	$c_0 - 0{,}0200$	—	$0{,}0200$	$0{,}0200$

K_a = \frac{[\text{A}^-]\,[\text{H}_3\text{O}^+]}{[\text{HA}]} = \frac{(0{,}0200)^2}{c_0 - 0{,}0200} = 1{,}38\cdot 10^{-4}

Despejamos

c_0

c_0 - 0{,}0200 = \frac{4{,}00\cdot 10^{-4}}{1{,}38\cdot 10^{-4}} = 2{,}90 \quad\Rightarrow\quad c_0 = 2{,}92\ \text{M}

Moles y masa de ácido láctico en

100\ \text{mL}

n(\text{HA}) = 2{,}92\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1} \cdot 0{,}100\ \text{L} = 0{,}292\ \text{mol}

m(\text{HA}) = 0{,}292\ \text{mol} \cdot 90{,}0\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1} = 26{,}3\ \text{g}

Como se esperaba, hace falta una concentración unas 150 veces mayor que la del HCl: el ácido láctico solo se disocia un

0{,}0200 / 2{,}92 \approx 0{,}7\ \%

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

Consejo

En b) no confundas «mismo pH» con «misma concentración»: el ácido débil necesita mucha más concentración para liberar los mismos $\text{H}_3\text{O}^+$ . Si te sale $c_0 = 0{,}0200\ \text{M}$ , has tratado el ácido láctico como si fuera fuerte.

Aquí no hace falta aproximar ni resolver ecuación de segundo grado: la incógnita está en el denominador y se despeja directamente.