QuímicaMedio2,5 pts

pH de ácidos y bases

También trata: Teorías ácido-base e hidrólisis

Cataluña · 2024 · Septiembre

Enunciado

El ácido láctico (

\text{CH}_3\text{—CH(OH)—COOH}

) o ácido 2-hidroxipropanoico es un sólido de color blanco. Se trata de un ácido orgánico monoprótico que se encuentra en la leche y en los productos lácticos. Su constante de acidez a

25\ ^\circ\text{C}

K_a = 1{,}38 \times 10^{-4}

.

a) (1,25 puntos) Escriba las reacciones del ácido láctico con el agua y del ion lactato con agua. Indique, para cada reacción, según la teoría de Brønsted y Lowry, qué especies actúan de ácido y base, y cuáles son los respectivos ácidos y bases conjugados. Razone si el pH de una solución de lactato de sodio es ácido, básico o neutro, y cómo se podría distinguir esta solución de una solución de ácido láctico mediante un papel indicador universal.

b) (1,25 puntos) Una disolución acuosa de ácido láctico tiene un

\text{pH} = 2{,}8

. Calcule su concentración y cuántos gramos de ácido láctico se necesitarían para preparar en el laboratorio

1{,}0\ \text{L}

de disolución. Determine cuál es el material de vidrio que es imprescindible utilizar para preparar una solución de concentración exactamente conocida. Justifique la respuesta.

Datos: Masas atómicas relativas:

\text{H} = 1{,}0

;

\text{C} = 12{,}0

;

\text{O} = 16{,}0

.

Cambio de color de un papel indicador universal en función del pH:

Color	Rojo	Amarillo	Verde	Azul	Azul muy oscuro
Intervalo del pH	0-3	4-5	6-7	8-10	11-14

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Resultado

a) Ácido láctico + agua: el ácido láctico es el ácido (su base conjugada, el lactato) y el agua la base (su ácido conjugado,

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

). Lactato + agua: el lactato es la base (su ácido conjugado, el ácido láctico) y el agua el ácido (su base conjugada,

\text{OH}^-

). La solución de lactato de sodio es básica (hidrólisis básica del lactato): el papel indicador sale verde-azul, frente al rojo-amarillo del ácido láctico.

b)

\boxed{\;C_0 = 0{,}0198\ \text{M}\;}\qquad \boxed{\;1{,}782\ \text{g de ácido láctico}\;}

Material imprescindible: un matraz aforado de 1,0 L.

Ver la solución oficialla corrección de la PAU, con los puntos de cada paso

Solución oficial

Corrección oficial de la PAU de Cataluña (Generalitat de Catalunya), traducida del catalán. Las puntuaciones de cada paso son las de la pauta de corrección.

a) Reacción del ácido láctico con agua

Reacción CH3–CH(OH)–COOH(aq) + H2O(l) ⇄ CH3–CH(OH)–COO⁻(aq) + H3O⁺(l), con flechas que unen el ácido con su base conjugada y la base con su ácido conjugado

Àcid: ácido; Base: base; Base conjugada: base conjugada; Àcid conjugat: ácido conjugado.

0,40 p.

Reacción del ion lactato con agua

Reacción CH3–CH(OH)–COO⁻(aq) + H2O(l) ⇄ CH3–CH(OH)–COOH(aq) + OH⁻(aq), con flechas que unen la base con su ácido conjugado y el ácido con su base conjugada

Base: base; Àcid: ácido; Àcid conjugat: ácido conjugado; Base conjugada: base conjugada.

0,40 p.

pH de una solución de lactato de sodio

0,20 p. El hecho de que el ion sodio no reaccione con agua y que la reacción del ion lactato en agua tenga una hidrólisis básica dé

\text{OH}^-(aq)

justifica que una solución de lactato de sodio en agua tenga pH básico (pH mayor).

Identificación de soluciones de lactato de sodio y de ácido láctico

0,25 p. El papel indicador de pH tendrá diferente color si la solución es ácida (rojo) o básica (azul). Con el papel de pH universal la solución de ácido láctico daría color de la zona ácida (rojo-amarillo) y una solución de lactato de sodio el color correspondiente a las soluciones básicas (verde-azul).

\Rightarrow

Ácido láctico: color del papel indicador universal rojo-amarillo (0-5) – pH ácido

\Rightarrow

Lactato de sodio: color del papel indicador universal verde-azul (6-10) – pH básico

b) Concentración de la solución de ácido láctico de pH = 2,8

Concentración de ion hidronio (oxidanio/oxonio)

\text{pH} = 2{,}8

\text{pH} = -\log\,[\text{H}_3\text{O}^+] = 2{,}8 \;\Rightarrow\; [\text{H}_3\text{O}^+] = 10^{-\text{pH}} = 10^{-2{,}8} = 1{,}585 \times 10^{-3}\ \text{M}

0,25 p.

\Rightarrow\ [\text{H}_3\text{O}^+] = 1{,}585 \times 10^{-3}\ \text{M}

Concentración de ácido láctico

\text{CH}_3\text{CH(OH)COOH}(aq) + \text{H}_2\text{O}(l) \rightleftarrows \text{CH}_3\text{CH(OH)COO}^-(aq) + \text{H}_3\text{O}^+(aq)

	$\text{CH}_3\text{CH(OH)COOH}$	$\text{CH}_3\text{CH(OH)COO}^-$	$\text{H}_3\text{O}^+$
Concent. inicio	$C_0$	–	–
Concent. equilibrio	$C_0 - x$	$x$	$x$

K_a = \frac{[\text{CH}_3\text{CH(OH)COO}^-][\text{H}_3\text{O}^+]}{[\text{CH}_3\text{CH(OH)COOH}]}

1{,}38 \times 10^{-4} = \frac{[(x)\cdot(x)]}{(C_0 - x)} = \frac{(1{,}585 \times 10^{-3})^2}{(C_0 - 1{,}585 \times 10^{-3})}

0,50 p.

1{,}38 \times 10^{-4}\,C_0 - 2{,}19 \times 10^{-7} = 2{,}512 \times 10^{-6} \Rightarrow \boldsymbol{C_0 = 0{,}0198\ \text{M}}

Gramos de ácido láctico para preparar 1,0 L de solución

Masa molecular

0,10 p.

\text{CH}_3\text{CH(OH)COOH}: 3 \times 12{,}0 + 6 \times 1{,}0 + 3 \times 16 = 90\ \text{g mol}^{-1}

\frac{0{,}0198\ \text{M ácido láctico}}{1\ \text{L}} \times \frac{90\ \text{g}}{1\ \text{mol de ácido láctico}} \times 1\ \text{L} = 1{,}782\ \text{g de ácido láctico}

0,20 p.

\Rightarrow\ \boldsymbol{1{,}782\ \text{g de ácido láctico}}

Material de vidrio

0,20 p. El material de vidrio que es imprescindible utilizar para preparar

1{,}0\ \text{L}

de esta solución de concentración exactamente conocida es un matraz aforado de 1,0 L.

Justificación: el matraz aforado es un material de vidrio volumétrico que contiene un volumen exacto de líquido. Se utiliza para preparar con exactitud un determinado volumen de disolución de una concentración conocida. En este caso, un volumen de