QuímicaMedio2 pts

Teorías ácido-base e hidrólisis

Extremadura · 2024 · Julio
Enunciado
Sean las sustancias: 1) NH4NO3\text{NH}_4\text{NO}_3; 2) NaCN\text{NaCN}; 3) NaClO\text{NaClO}; 4) NaNO3\text{NaNO}_3.

a) (1 punto) Escribir las reacciones de hidrólisis.

b) (1 punto) Indicar el carácter ácido, neutro o básico de las disoluciones resultantes.

Datos: Kb(NH3)=1,8⋅10−5K_b(\text{NH}_3) = 1{,}8\cdot 10^{-5}; Ka(HCN)=4,9⋅10−10K_a(\text{HCN}) = 4{,}9\cdot 10^{-10}; Ka(HClO)=2,95⋅10−8K_a(\text{HClO}) = 2{,}95\cdot 10^{-8}.
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Resultado
  • a) NH4++H2O⇌NH3+H3O+\text{NH}_4^+ + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{NH}_3 + \text{H}_3\text{O}^+; CN−+H2O⇌HCN+OH−\text{CN}^- + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{HCN} + \text{OH}^-; ClO−+H2O⇌HClO+OH−\text{ClO}^- + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{HClO} + \text{OH}^-; el NaNO3\text{NaNO}_3 no se hidroliza.
  • b) Ácida; básica; básica; neutra.
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Estrategia

Las cuatro son sales solubles que se disocian por completo en sus iones. Cada ion se clasifica según de dónde viene: el conjugado de un ácido o una base fuerte (Na+\text{Na}^+ del NaOH\text{NaOH}, NO3−\text{NO}_3^- del HNO3\text{HNO}_3) es tan débil que no reacciona con el agua; el conjugado de un ácido o una base débil (NH4+\text{NH}_4^+, CN−\text{CN}^-, ClO−\text{ClO}^-) sí se hidroliza. Si se hidroliza el catión, se forman H3O+\text{H}_3\text{O}^+ (ácida); si lo hace el anión, OH−\text{OH}^- (básica). Las constantes de hidrólisis salen de Ka⋅Kb=KwK_a\cdot K_b = K_w.
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Desarrollo

a) Disociación e hidrólisis.

1) Nitrato de amonio, NH4NO3\text{NH}_4\text{NO}_3:NH4NO3(s)⟶NH4+(aq)+NO3−(aq)\text{NH}_4\text{NO}_3(s) \longrightarrow \text{NH}_4^+(aq) + \text{NO}_3^-(aq)El NO3−\text{NO}_3^- es la base conjugada del HNO3\text{HNO}_3, ácido fuerte: no se hidroliza. El NH4+\text{NH}_4^+ es el ácido conjugado del NH3\text{NH}_3, base débil, y sí se hidroliza:NH4+(aq)+H2O(l)⇌NH3(aq)+H3O+(aq)\text{NH}_4^+(aq) + \text{H}_2\text{O}(l) \rightleftharpoons \text{NH}_3(aq) + \text{H}_3\text{O}^+(aq)Kh=Ka(NH4+)=KwKb(NH3)=10−141,8⋅10−5=5,6⋅10−10K_h = K_a(\text{NH}_4^+) = \frac{K_w}{K_b(\text{NH}_3)} = \frac{10^{-14}}{1{,}8\cdot 10^{-5}} = 5{,}6\cdot 10^{-10}2) Cianuro de sodio, NaCN\text{NaCN}:NaCN(s)⟶Na+(aq)+CN−(aq)\text{NaCN}(s) \longrightarrow \text{Na}^+(aq) + \text{CN}^-(aq)El Na+\text{Na}^+ procede del NaOH\text{NaOH}, base fuerte: no se hidroliza. El CN−\text{CN}^- es la base conjugada del HCN\text{HCN}, ácido débil:CN−(aq)+H2O(l)⇌HCN(aq)+OH−(aq)\text{CN}^-(aq) + \text{H}_2\text{O}(l) \rightleftharpoons \text{HCN}(aq) + \text{OH}^-(aq)Kh=Kb(CN−)=KwKa(HCN)=10−144,9⋅10−10=2,0⋅10−5K_h = K_b(\text{CN}^-) = \frac{K_w}{K_a(\text{HCN})} = \frac{10^{-14}}{4{,}9\cdot 10^{-10}} = 2{,}0\cdot 10^{-5}3) Hipoclorito de sodio, NaClO\text{NaClO}:NaClO(s)⟶Na+(aq)+ClO−(aq)\text{NaClO}(s) \longrightarrow \text{Na}^+(aq) + \text{ClO}^-(aq)El Na+\text{Na}^+ no se hidroliza. El ClO−\text{ClO}^- es la base conjugada del HClO\text{HClO}, ácido débil:ClO−(aq)+H2O(l)⇌HClO(aq)+OH−(aq)\text{ClO}^-(aq) + \text{H}_2\text{O}(l) \rightleftharpoons \text{HClO}(aq) + \text{OH}^-(aq)Kh=Kb(ClO−)=KwKa(HClO)=10−142,95⋅10−8=3,4⋅10−7K_h = K_b(\text{ClO}^-) = \frac{K_w}{K_a(\text{HClO})} = \frac{10^{-14}}{2{,}95\cdot 10^{-8}} = 3{,}4\cdot 10^{-7}4) Nitrato de sodio, NaNO3\text{NaNO}_3:NaNO3(s)⟶Na+(aq)+NO3−(aq)\text{NaNO}_3(s) \longrightarrow \text{Na}^+(aq) + \text{NO}_3^-(aq)Los dos iones proceden de un electrolito fuerte (NaOH\text{NaOH} y HNO3\text{HNO}_3): ninguno se hidroliza. No hay reacción de hidrólisis.

b) Carácter de las disoluciones.
  • NH4NO3\text{NH}_4\text{NO}_3: la hidrólisis del NH4+\text{NH}_4^+ libera H3O+\text{H}_3\text{O}^+: [H3O+]>[OH−][\text{H}_3\text{O}^+] > [\text{OH}^-], ácida (pH<7\text{pH} < 7).
  • NaCN\text{NaCN}: la hidrólisis del CN−\text{CN}^- libera OH−\text{OH}^-: básica (pH>7\text{pH} > 7).
  • NaClO\text{NaClO}: la hidrólisis del ClO−\text{ClO}^- libera OH−\text{OH}^-: básica (pH>7\text{pH} > 7).
  • NaNO3\text{NaNO}_3: no hay hidrólisis; [H3O+]=[OH−][\text{H}_3\text{O}^+] = [\text{OH}^-] como en el agua pura: neutra (pH=7\text{pH} = 7 a 25 ∘C25\ ^\circ\text{C}).
Comparando las dos básicas: como Kb(CN−)=2,0⋅10−5>Kb(ClO−)=3,4⋅10−7K_b(\text{CN}^-) = 2{,}0\cdot 10^{-5} > K_b(\text{ClO}^-) = 3{,}4\cdot 10^{-7} (el HCN\text{HCN} es un ácido más débil que el HClO\text{HClO}), a igual concentración la disolución de NaCN\text{NaCN} es más básica.
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Consejo

El error típico es escribir la hidrólisis de los iones que no la sufren: el Na+\text{Na}^+ y el NO3−\text{NO}_3^- vienen de una base y un ácido fuertes y no reaccionan con el agua. Dilo expresamente: es parte de la justificación.

Truco rápido: la sal tiene el carácter del «progenitor fuerte». Ácido fuerte + base débil (NH4NO3\text{NH}_4\text{NO}_3) da ácida; ácido débil + base fuerte (NaCN\text{NaCN}, NaClO\text{NaClO}), básica; fuerte + fuerte (NaNO3\text{NaNO}_3), neutra.
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