QuímicaMedio2 pts

pH de ácidos y bases

También trata: Teorías ácido-base e hidrólisis

Comunidad de Madrid · 2023 · Junio (coincidentes)

Enunciado

Responda a las siguientes cuestiones:

a) (1 punto) Calcule la constante de disociación del ácido hipocloroso a

25\ ^\circ\text{C}

y su grado de disociación, sabiendo que una disolución acuosa

0{,}300\ \text{M}

de este ácido tiene un pH de

4{,}02

a dicha temperatura.

b) (1 punto) Organice las siguientes disoluciones acuosas de igual concentración, en orden creciente de su pH: ácido hipocloroso, hipoclorito de sodio, ácido nítrico, nitrato de potasio, hidróxido de sodio. Justifique la respuesta.

Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido

Resultado

a) $K_a = 3{,}04\cdot 10^{-8}$ ; $\alpha = 3{,}18\cdot 10^{-4}$ ( $0{,}0318\ \%$ ).
b) $\text{pH}(\text{HNO}_3) < \text{pH}(\text{HClO}) < \text{pH}(\text{KNO}_3) = 7 < \text{pH}(\text{NaClO}) < \text{pH}(\text{NaOH})$ .

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

En a) el pH da directamente la concentración de

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

, que en un ácido débil monoprótico es también lo que se ha disociado (

x

). Con

x

y la concentración inicial se montan la constante y el grado de disociación:

K_a = \frac{x^2}{c - x}\qquad \alpha = \frac{x}{c}

En b) hay que clasificar cada especie: ácidos y bases fuertes o débiles, y sales que se hidrolizan (o no) según procedan de un ácido o una base débil.

Desarrollo

a) Constante de acidez y grado de disociación del HClO.

Del pH:

[\text{H}_3\text{O}^+] = 10^{-\text{pH}} = 10^{-4{,}02} = 9{,}55\cdot 10^{-5}\ \text{M}

El ácido hipocloroso es débil y se disocia parcialmente:

	$\text{HClO}$	$\text{ClO}^-$	$\text{H}_3\text{O}^+$
Inicial (M)	$0{,}300$	$0$	$0$
Equilibrio (M)	$0{,}300 - x$	$x$	$x$

con

x = [\text{H}_3\text{O}^+] = 9{,}55\cdot 10^{-5}\ \text{M}

(el aporte del agua,

10^{-7}

M, es despreciable).

K_a = \frac{[\text{ClO}^-]\,[\text{H}_3\text{O}^+]}{[\text{HClO}]} = \frac{\left(9{,}55\cdot 10^{-5}\right)^2}{0{,}300 - 9{,}55\cdot 10^{-5}} = \frac{9{,}12\cdot 10^{-9}}{0{,}2999} = 3{,}04\cdot 10^{-8}

Grado de disociación:

\alpha = \frac{x}{c} = \frac{9{,}55\cdot 10^{-5}}{0{,}300} = 3{,}18\cdot 10^{-4}\quad(0{,}0318\ \%)

Solo se disocian unas 3 de cada 10 000 moléculas: es un ácido muy débil, como indica su

K_a

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

b) Orden creciente de pH.

Analizamos cada disolución (todas con la misma concentración):

Ácido nítrico, $\text{HNO}_3$ : ácido fuerte, totalmente disociado. Es la disolución más ácida: pH muy bajo.
Ácido hipocloroso, $\text{HClO}$ : ácido débil ( $K_a = 3{,}04\cdot 10^{-8}$ ), poco disociado. Ácido, pero con pH mayor que el del nítrico.
Nitrato de potasio, $\text{KNO}_3$ : sal de ácido fuerte y base fuerte. Ni el $\text{K}^+$ ni el $\text{NO}_3^-$ se hidrolizan (son ácido y base conjugados muy débiles): pH = 7.
Hipoclorito de sodio, $\text{NaClO}$ : el $\text{Na}^+$ no se hidroliza, pero el $\text{ClO}^-$ es la base conjugada de un ácido débil y sí:

\text{ClO}^- + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{HClO} + \text{OH}^- \qquad K_b = \frac{K_w}{K_a} = \frac{10^{-14}}{3{,}04\cdot 10^{-8}} = 3{,}3\cdot 10^{-7}

Se generan

\text{OH}^-

: disolución básica, pH > 7, aunque menos que la de una base fuerte.

Hidróxido de sodio, $\text{NaOH}$ : base fuerte, totalmente disociada. Es la más básica.

Orden creciente de pH:

\text{HNO}_3 < \text{HClO} < \text{KNO}_3 < \text{NaClO} < \text{NaOH}

Consejo

En a) no hace falta aproximar: conoces $x$ por el pH, así que puedes restar $c - x$ sin esfuerzo (aquí apenas cambia el resultado porque $\alpha$ es diminuto).

En b) la justificación es lo que puntúa: para cada sal di qué ion se hidroliza y escribe su reacción con el agua. «Es una sal básica» sin la hidrólisis no basta.