QuímicaMedioCuestión · 1,5 pts

Teorías ácido-base e hidrólisis

Andalucía · 2024 · Reserva 2
Enunciado
Bloque B · B5. Justifique, escribiendo las correspondientes reacciones químicas, si el pH de las siguientes disoluciones acuosas es ácido, básico o neutro:

a) Disolución de NH3\text{NH}_3 cuya constante de equilibrio es Kb=1,8⋅10−5K_b = 1{,}8\cdot 10^{-5}.

b) Disolución de NaBrO\text{NaBrO}, teniendo en cuenta que la constante de equilibrio del HBrO\text{HBrO} es Ka=2,3⋅10−9K_a = 2{,}3\cdot 10^{-9}.

c) Disolución resultante de la mezcla de 100 mL100\ \text{mL} de disolución de HCl\text{HCl} 0,2 M0{,}2\ \text{M} y de 150 mL150\ \text{mL} de disolución de NaOH\text{NaOH} 0,2 M0{,}2\ \text{M}.
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Resultado
  a) Baˊsico: NH3+H2O⇌NH4++OH−  \boxed{\;\textbf{a) Básico: } \text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{NH}_4^+ + \text{OH}^-\;}  b) Baˊsico: BrO−+H2O⇌HBrO+OH−  \boxed{\;\textbf{b) Básico: } \text{BrO}^- + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{HBrO} + \text{OH}^-\;}  c) Baˊsico: exceso de NaOH, pH=12,60  \boxed{\;\textbf{c) Básico: exceso de NaOH, } \text{pH} = 12{,}60\;}
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Estrategia

El enunciado subraya "escribiendo las correspondientes reacciones químicas": no basta con decir ácido o básico, hay que escribir la ecuación que lo justifica.

Para a) y b), aplica el criterio de hidrólisis: el ion que procede de un electrolito fuerte no reacciona con el agua; el que procede de uno débil, sí.

Para c) hay que hacer cuentas: se mezclan un ácido y una base fuertes, así que hay que ver cuál está en exceso comparando moles.
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Desarrollo

a) Básico.

El amoniaco es una base débil: capta un protón del agua y libera hidróxidos.NH3+H2O⇌NH4++OH−Kb=1,8⋅10−5\text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{NH}_4^+ + \text{OH}^-\qquad K_b = 1{,}8\cdot 10^{-5}Al aparecer OH−\text{OH}^-, [OH−]>[H3O+][\text{OH}^-] > [\text{H}_3\text{O}^+] y el pH > 7.

b) Básico.

El hipobromito de sodio es una sal soluble que se disocia por completo:NaBrO⟶Na++BrO−\text{NaBrO} \longrightarrow \text{Na}^+ + \text{BrO}^-
  • El Na+\text{Na}^+ procede del NaOH\text{NaOH}, una base fuerte: no se hidroliza.
  • El BrO−\text{BrO}^- es la base conjugada del HBrO\text{HBrO}, un ácido muy débil (Ka=2,3⋅10−9K_a = 2{,}3\cdot 10^{-9}), así que sí se hidroliza:
BrO−+H2O⇌HBrO+OH−\text{BrO}^- + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{HBrO} + \text{OH}^-La disolución es básica. Y como el ácido de partida es muy débil, su base conjugada es relativamente fuerte:Kb(BrO−)=KwKa=10−142,3⋅10−9=4,3⋅10−6K_b(\text{BrO}^-) = \frac{K_w}{K_a} = \frac{10^{-14}}{2{,}3\cdot 10^{-9}} = 4{,}3\cdot 10^{-6}Es el caso general de sal de ácido débil y base fuerte.

c) Básico.

Reacción de neutralización, en proporción 1 : 1:HCl+NaOH⟶NaCl+H2O\text{HCl} + \text{NaOH} \longrightarrow \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O}Moles de cada uno:nHCl=0,2⋅0,100=0,020 molnNaOH=0,2⋅0,150=0,030 moln_{\text{HCl}} = 0{,}2\cdot 0{,}100 = 0{,}020\ \text{mol} \qquad n_{\text{NaOH}} = 0{,}2\cdot 0{,}150 = 0{,}030\ \text{mol}Sobra base:nNaOHexceso=0,030−0,020=0,010 moln_{\text{NaOH}}^{\text{exceso}} = 0{,}030 - 0{,}020 = 0{,}010\ \text{mol}En el volumen total (100+150=250 mL100 + 150 = 250\ \text{mL}):[OH−]=0,0100,250=0,040 M⟹pOH=1,40⟹pH=12,60[\text{OH}^-] = \frac{0{,}010}{0{,}250} = 0{,}040\ \text{M} \quad\Longrightarrow\quad \text{pOH} = 1{,}40 \quad\Longrightarrow\quad \textbf{pH} = 12{,}60La sal formada, NaCl\text{NaCl}, procede de ácido fuerte y base fuerte, así que no hidroliza: todo el carácter básico se debe al exceso de NaOH\text{NaOH}.
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
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Consejo

El enunciado pide las reacciones: escribirlas es obligatorio, no decorativo. Una respuesta que solo diga "básico, básico, básico" queda sin justificar aunque acierte los tres.

En c) el error clásico es contestar "neutro, porque se mezcla un ácido fuerte con una base fuerte". Hay que comparar los moles: no son iguales, y sobra base. Fíjate además en que el volumen del denominador es el total (250 mL), no el de una de las disoluciones.

En b), razona ion a ion. Y si te sobra tiempo, calcular KbK_b de la base conjugada con KaKb=KwK_a K_b = K_w redondea la respuesta.
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