Problema resuelto de Química: Valoraciones y neutralizaciónSelectividad (PAU) · Comunitat Valenciana 2024 · Julio

a) HCl + Ca(OH)₂: VERDADERA

Moles de $\text{H}^+$ (el HCl es un ácido fuerte y monoprótico):$$n(\text{H}^+) = 0{,}080\ \text{L}\cdot 0{,}1\ \text{mol/L} = 8{,}0\cdot 10^{-3}\ \text{mol}$$Moles de $\text{OH}^-$ (el hidróxido de calcio es una base fuerte que libera dos $\text{OH}^-$):$$n(\text{OH}^-) = 2\cdot 0{,}020\ \text{L}\cdot 0{,}2\ \text{mol/L} = 8{,}0\cdot 10^{-3}\ \text{mol}$$Son iguales, así que la neutralización $\text{H}^+ + \text{OH}^- \rightarrow \text{H}_2\text{O}$ es completa. Queda una disolución de $\text{CaCl}_2$, cuyos iones ($\text{Ca}^{2+}$ y $\text{Cl}^-$) proceden de una base fuerte y de un ácido fuerte y no se hidrolizan: el pH es 7, la disolución es neutra.

b) (NH₄)₂SO₄: FALSA

La sal se disocia por completo en agua:$$(\text{NH}_4)_2\text{SO}_4(s) \longrightarrow 2\,\text{NH}_4^+(ac) + \text{SO}_4^{2-}(ac)$$El $\text{SO}_4^{2-}$ procede del ácido sulfúrico (fuerte) y prácticamente no se hidroliza. El $\text{NH}_4^+$, en cambio, es el ácido conjugado de una base débil, el $\text{NH}_3$, y cede protones al agua:$$\text{NH}_4^+(ac) + \text{H}_2\text{O}(l) \rightleftharpoons \text{NH}_3(ac) + \text{H}_3\text{O}^+(ac) \qquad K_a = \frac{K_w}{K_b} = 5{,}6\cdot 10^{-10}$$Se generan iones $\text{H}_3\text{O}^+$: la disolución es ácida, con pH menor que 7.

c) NH₃ frente a NaOH: FALSA

El NaOH es una base fuerte, totalmente disociada: $[\text{OH}^-] = 0{,}5$ M, pOH = 0,30 y pH = 13,70.

El $\text{NH}_3$ es una base débil, $\text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{NH}_4^+ + \text{OH}^-$, que solo se ioniza en parte. Con la aproximación de base débil:$$[\text{OH}^-] \approx \sqrt{K_b\,C} = \sqrt{1{,}8\cdot 10^{-5}\cdot 0{,}5} = 3{,}0\cdot 10^{-3}\ \text{M}$$$$\text{pOH} = 2{,}52 \qquad \text{pH} = 14 - 2{,}52 = 11{,}48$$A igual concentración, la disolución de amoniaco tiene menos $\text{OH}^-$ y un pH menor (11,48 frente a 13,70).

d) CH₃COOH + KOH: FALSA

Moles de cada reactivo: $0{,}050\ \text{L}\cdot 0{,}1\ \text{mol/L} = 5{,}0\cdot 10^{-3}$ mol de los dos. La neutralización es completa:$$\text{CH}_3\text{COOH} + \text{KOH} \longrightarrow \text{CH}_3\text{COOK} + \text{H}_2\text{O}$$y queda acetato de potasio, $5{,}0\cdot 10^{-3}$ mol en 100 mL ($[\text{CH}_3\text{COO}^-] = 0{,}05$ M). El $\text{K}^+$ no se hidroliza, pero el acetato es la base conjugada de un ácido débil y capta protones del agua:$$\text{CH}_3\text{COO}^-(ac) + \text{H}_2\text{O}(l) \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COOH}(ac) + \text{OH}^-(ac) \qquad K_b = \frac{K_w}{K_a} = 5{,}6\cdot 10^{-10}$$$$[\text{OH}^-] \approx \sqrt{5{,}6\cdot 10^{-10}\cdot 0{,}05} = 5{,}3\cdot 10^{-6}\ \text{M} \quad\Rightarrow\quad \text{pH} \approx 8{,}7$$La disolución es básica, no neutra.