Teorías ácido-base e hidrólisis

a) Mayor pH.

El hidróxido de potasio es una base fuerte: se disocia por completo y aporta $\text{OH}^-$ en la misma concentración que la sal:$$\text{KOH} \longrightarrow \text{K}^+ + \text{OH}^-$$Las demás disoluciones son ácidas ($\text{HNO}_3$, $\text{NH}_4\text{Cl}$) o neutras (KCl). La de KOH tiene el pH más alto.

b) Disolución cuyo pH no cambia al diluirla.

La de cloruro de potasio. Sus iones, $\text{K}^+$ y $\text{Cl}^-$, proceden de una base fuerte (KOH) y de un ácido fuerte (HCl): son el ácido y la base conjugados de especies fuertes, así que son tan débiles que no reaccionan con el agua (no hay hidrólisis). La disolución es neutra, $\text{pH} = 7$, sea cual sea la concentración.

En las otras tres, diluir cambia la concentración de $\text{H}_3\text{O}^+$ u $\text{OH}^-$: el pH del ácido y del cloruro de amonio sube hacia 7 y el del hidróxido baja hacia 7.

c) Mezcla de cloruro de amonio e hidróxido de potasio.

El catión amonio es un ácido de Brønsted (cede un protón) y el hidróxido, una base fuerte. Reaccionan:$$\text{NH}_4^+(ac) + \text{OH}^-(ac) \longrightarrow \text{NH}_3(ac) + \text{H}_2\text{O}(l)$$En forma molecular:$$\text{NH}_4\text{Cl} + \text{KOH} \longrightarrow \text{NH}_3 + \text{KCl} + \text{H}_2\text{O}$$Como las dos disoluciones tienen la misma concentración y se mezclan volúmenes iguales, los moles de $\text{NH}_4^+$ y de $\text{OH}^-$ son iguales: la reacción es completa, sin que sobre ninguno de los dos.

d) Carácter de la disolución final.

Tras la reacción quedan amoniaco y cloruro de potasio. El KCl es neutro (apartado b), así que el pH lo decide el $\text{NH}_3$, una base débil:$$\text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{NH}_4^+ + \text{OH}^-$$Su constante de basicidad sale del dato, porque $\text{NH}_3$ y $\text{NH}_4^+$ son un par conjugado:$$K_b(\text{NH}_3) = \frac{K_w}{K_a(\text{NH}_4^+)} = \frac{1{,}0\cdot 10^{-14}}{6{,}7\cdot 10^{-10}} = 1{,}5\cdot 10^{-5}$$Al captar protones del agua, el amoniaco libera $\text{OH}^-$: la disolución es básica ($\text{pH} > 7$), aunque menos que una de KOH de la misma concentración, porque solo una pequeña fracción del $\text{NH}_3$ reacciona.

Por ejemplo, si cada disolución inicial fuera $0{,}1\ \text{M}$, tras mezclar volúmenes iguales el amoniaco quedaría $0{,}05\ \text{M}$ y el pH sería de $10{,}9$: