Teorías ácido-base e hidrólisis

a) La especie anfótera es el $\text{HCO}_3^-$.Las dos reacciones que lo demuestran:$$\text{HCO}_3^- + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{CO}_3^{2-} + \text{H}_3\text{O}^+ \qquad (\text{como ácido})$$$$\text{HCO}_3^- + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{H}_2\text{CO}_3 + \text{OH}^- \qquad (\text{como base})$$b) El ácido conjugado del $\text{HPO}_4^{2-}$ es el $\text{H}_2\text{PO}_4^-$.

El ácido conjugado se obtiene añadiendo un protón, lo que aumenta en una unidad tanto el número de hidrógenos como la carga:$$\text{HPO}_4^{2-} + \text{H}^+ \longrightarrow \text{H}_2\text{PO}_4^-$$(Su base conjugada, en cambio, sería el $\text{PO}_4^{3-}$: se le quitaría un protón. El $\text{HPO}_4^{2-}$ es también, por tanto, una especie anfótera.)

c) El $\text{NH}_4\text{Cl}$ tiene el pH más bajo.

$\text{KCl}$: procede del $\text{KOH}$ (base fuerte) y del $\text{HCl}$ (ácido fuerte). Ninguno de sus dos iones se hidroliza, así que la disolución es neutra, con pH = 7.

$\text{NH}_4\text{Cl}$: el $\text{Cl}^-$ viene del $\text{HCl}$, ácido fuerte, y no hace nada. Pero el $\text{NH}_4^+$ es el ácido conjugado del amoniaco, que es una base débil, así que sí reacciona con el agua liberando protones:$$\text{NH}_4^+ + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{NH}_3 + \text{H}_3\text{O}^+$$La disolución es ácida (pH < 7). Por tanto, el pH más bajo es el del $\text{NH}_4\text{Cl}$.

(Como referencia, aunque no se pide: con $K_b(\text{NH}_3) = 1{,}8\cdot 10^{-5}$, $K_a(\text{NH}_4^+) = K_w/K_b = 5{,}6\cdot 10^{-10}$ y el pH de la disolución $0{,}5\ \text{M}$ sale $\approx 4{,}8$.)