QuímicaFácil2 pts

pH de ácidos y bases

También trata: Valoraciones y neutralización

Castilla y León · 2024 · Junio

Enunciado

Conteste razonadamente las siguientes cuestiones:

a) (1,0 puntos) ¿Cuántos gramos de hidróxido de sodio, NaOH, se necesitan disolver en agua para preparar

100\ \text{mL}

de una disolución de

\text{pH} = 12

?

b) (0,5 puntos) ¿Cuántos mL de disolución

0{,}1\ \text{M}

de ácido clorhídrico, HCl, se necesitan para neutralizar los

100\ \text{mL}

de la disolución anterior?

c) (0,5 puntos) ¿Cuál será el pH de la disolución anterior al final de la neutralización?

Datos: masas atómicas:

\text{H} = 1{,}01

;

\text{O} = 16{,}00

;

\text{Na} = 22{,}99

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Resultado

\boxed{\;\text{a) } 0{,}040\ \text{g de NaOH}\qquad \text{b) } 10\ \text{mL de HCl}\qquad \text{c) } \text{pH} = 7\;}

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

a) El NaOH es una base fuerte: se disocia por completo, así que $[\text{NaOH}] = [\text{OH}^-]$ . Del pH se pasa al pOH ( $\text{pH} + \text{pOH} = 14$ ), de ahí a $[\text{OH}^-]$ , a moles en $100\ \text{mL}$ y a gramos.
b) En la neutralización $\text{HCl} + \text{NaOH}$ la estequiometría es 1:1: hacen falta tantos moles de HCl como moles de NaOH había.
c) Al final de la neutralización solo queda NaCl disuelto, una sal de ácido fuerte y base fuerte que no se hidroliza.

Desarrollo

a) Masa de NaOH

A

25\ ^\circ\text{C}

\text{pH} + \text{pOH} = 14

\text{pOH} = 14 - 12 = 2 \;\Rightarrow\; [\text{OH}^-] = 10^{-2}\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}

El NaOH es una base fuerte totalmente disociada (

\text{NaOH} \rightarrow \text{Na}^+ + \text{OH}^-

), así que

[\text{NaOH}] = [\text{OH}^-] = 0{,}010\ \text{M}

.

Moles en

100\ \text{mL}

n(\text{NaOH}) = 0{,}010\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1} \cdot 0{,}100\ \text{L} = 1{,}0\cdot10^{-3}\ \text{mol}

Con

M(\text{NaOH}) = 22{,}99 + 16{,}00 + 1{,}01 = 40{,}00\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1}

m = 1{,}0\cdot10^{-3}\ \text{mol} \cdot 40{,}00\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1} = 0{,}040\ \text{g}

b) Volumen de HCl 0,1 M

Reacción de neutralización:

\text{HCl}(aq) + \text{NaOH}(aq) \longrightarrow \text{NaCl}(aq) + \text{H}_2\text{O}(l)

La estequiometría es 1:1, así que en la neutralización completa

n(\text{HCl}) = n(\text{NaOH}) = 1{,}0\cdot10^{-3}\ \text{mol}

V(\text{HCl}) = \frac{n}{c} = \frac{1{,}0\cdot10^{-3}\ \text{mol}}{0{,}1\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}} = 0{,}010\ \text{L} = 10\ \text{mL}

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

c) pH al final de la neutralización

En el punto de equivalencia no sobra ni ácido ni base: la disolución contiene solo

\text{NaCl}

disuelto (

\text{Na}^+

\text{Cl}^-

) y agua.

El $\text{Na}^+$ es el ácido conjugado de una base fuerte (NaOH): es un ácido despreciable y no reacciona con el agua.
El $\text{Cl}^-$ es la base conjugada de un ácido fuerte (HCl): es una base despreciable y tampoco se hidroliza.

Ninguno de los dos iones altera el equilibrio de autoionización del agua, así que

[\text{H}_3\text{O}^+] = [\text{OH}^-] = 10^{-7}\ \text{M}

y la disolución es neutra:

\text{pH} = 7 \quad (\text{a } 25\ ^\circ\text{C})

Consejo

En a) el pH es 12, pero lo que da la concentración de una base es el pOH: no escribas $[\text{OH}^-] = 10^{-12}$ . Pasa primero a $\text{pOH} = 2$ .

En c) el pH 7 en el punto de equivalencia solo vale para ácido fuerte con base fuerte. Justifícalo diciendo que ni el $\text{Na}^+$ ni el $\text{Cl}^-$ se hidrolizan; con un ácido o una base débil no sería 7.