QuímicaMedioProblema · 2 pts

pH de ácidos y basesSelectividad (PAU) · País Vasco 2025 · Julio

También trata: Desplazamiento del equilibrio · Entropía y espontaneidad
País Vasco · 2025 · Julio
Enunciado
El dióxido de azufre es un gas que se encuentra en concentraciones elevadas en la atmósfera de grandes ciudades y zonas industriales, además de ser el principal causante de la lluvia ácida. El dióxido de azufre se oxida en la atmósfera para dar trióxido de azufre y éste reacciona con las gotas de agua para dar ácido sulfúrico según las siguientes reacciones:2 SO2(g)+O2(g)⇄2 SO3(g)2\,\text{SO}_2(g) + \text{O}_2(g) \rightleftarrows 2\,\text{SO}_3(g)SO3(g)+H2O(l)→H2SO4(aq)\text{SO}_3(g) + \text{H}_2\text{O}(l) \rightarrow \text{H}_2\text{SO}_4(aq)a) Justificar si la reacción es espontánea a 25 ºC. Datos: ΔHf\Delta H_f (kJ/mol): SO3=−395,8\text{SO}_3 = -395{,}8; SO2=−296,8\text{SO}_2 = -296{,}8; S0S^0 (J/mol K): SO3=256,8\text{SO}_3 = 256{,}8; SO2=248,2\text{SO}_2 = 248{,}2; O2=205,2\text{O}_2 = 205{,}2 (0,5 puntos)

b) Analizando el equilibrio químico, explicar si el riesgo de padecer lluvia ácida será mayor en los días calurosos de verano o en los fríos de invierno. (0,5 puntos)

c) Calcular si la lluvia será ácida si en cada gota (0,25 ml) reaccionan 0,001 mg de SO3\text{SO}_3. Suponer que los dos protones del ácido sulfúrico se disocian totalmente y que se considera lluvia ácida cuando su pH < 5,5. (1 punto)

Datos (de la tabla del examen): masas atómicas (uma): H (1,0), O (16,0), S (32,1).
Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido
Resultado
a) ΔH0=−198,0\Delta H^0 = -198{,}0 kJ, ΔS0=−188,0\Delta S^0 = -188{,}0 J/K y ΔG0=−142\Delta G^0 = -142 kJ < 0: espontánea a 25 ºC.

b) La reacción es exotérmica: el frío desplaza el equilibrio hacia el SO3\text{SO}_3, así que hay más riesgo en los días fríos de invierno.

c) [H2SO4]=5,0⋅10−5[\text{H}_2\text{SO}_4] = 5{,}0\cdot 10^{-5} M, [H3O+]=1,0⋅10−4[\text{H}_3\text{O}^+] = 1{,}0\cdot 10^{-4} M, pH = 4,0 < 5,5: sí es lluvia ácida.
Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo
1

Estrategia

El problema recorre el camino del SO2\text{SO}_2 hasta la lluvia ácida en tres preguntas distintas.

En a) se trata de saber si la oxidación del SO2\text{SO}_2 es espontánea: calculamos ΔH0\Delta H^0 y ΔS0\Delta S^0 de la reacción con las tablas (productos menos reactivos, cada uno por su coeficiente; el O2\text{O}_2 es un elemento y su entalpía de formación es cero) y miramos el signo de ΔG0=ΔH0−TΔS0\Delta G^0 = \Delta H^0 - T\Delta S^0.

En b) usamos el signo de ΔH\Delta H y el principio de Le Chatelier: si la reacción desprende calor, ¿cuándo se forma más SO3\text{SO}_3, con frío o con calor?

En c) es estequiometría y pH de un ácido fuerte: de la masa de SO3\text{SO}_3 sacamos los moles de H2SO4\text{H}_2\text{SO}_4, la concentración en la gota y, como cada molécula suelta dos protones, [H3O+][\text{H}_3\text{O}^+] es el doble.
2

Desarrollo

a) Entalpía de reacción. Con las entalpías de formación (la del O2\text{O}_2 es nula por ser un elemento en su estado estándar):ΔH0=2 ΔHf0(SO3)−2 ΔHf0(SO2)=2(−395,8)−2(−296,8)=−198,0 kJ\Delta H^0 = 2\,\Delta H_f^0(\text{SO}_3) - 2\,\Delta H_f^0(\text{SO}_2) = 2(-395{,}8) - 2(-296{,}8) = -198{,}0\ \text{kJ}La reacción es exotérmica.

Entropía de reacción.ΔS0=2 S0(SO3)−2 S0(SO2)−S0(O2)=2⋅256,8−2⋅248,2−205,2=−188,0 J/K\Delta S^0 = 2\,S^0(\text{SO}_3) - 2\,S^0(\text{SO}_2) - S^0(\text{O}_2) = 2\cdot 256{,}8 - 2\cdot 248{,}2 - 205{,}2 = -188{,}0\ \text{J/K}Es negativa, como cabía esperar: se pasa de 3 moles de gas a 2, y el sistema se ordena.

Energía libre a 25 ºC. Con T=298 KT = 298\ \text{K} y ΔS0\Delta S^0 en kJ/K:ΔG0=ΔH0−TΔS0=−198,0 kJ−298 K⋅(−0,1880 kJ/K)=−142,0 kJ\Delta G^0 = \Delta H^0 - T\Delta S^0 = -198{,}0\ \text{kJ} - 298\ \text{K}\cdot(-0{,}1880\ \text{kJ/K}) = -142{,}0\ \text{kJ}Como ΔG0<0\Delta G^0 < 0, la reacción es espontánea a 25 ºC. El término entálpico favorable (ΔH<0\Delta H < 0) gana al entrópico desfavorable (ΔS<0\Delta S < 0); a temperaturas muy altas dejaría de serlo (por encima de T=ΔH/ΔS≈1053 KT = \Delta H/\Delta S \approx 1053\ \text{K}).

b) Efecto de la temperatura. Según el principio de Le Chatelier, si se perturba un equilibrio el sistema evoluciona en el sentido que contrarresta la perturbación. La formación de SO3\text{SO}_3 es exotérmica (ΔH<0\Delta H < 0):
  • Si baja la temperatura, el equilibrio se desplaza en el sentido en que se desprende calor, es decir, hacia la derecha: se forma más SO3\text{SO}_3.
  • Si sube la temperatura, se desplaza hacia la izquierda (sentido endotérmico) y hay menos SO3\text{SO}_3.
Como el SO3\text{SO}_3 es el que da el ácido sulfúrico, el riesgo de lluvia ácida será mayor en los días fríos de invierno.

c) Moles de SO₃ en la gota. La masa molar del SO3\text{SO}_3 es M=32,1+3⋅16,0=80,1 g/molM = 32{,}1 + 3\cdot 16{,}0 = 80{,}1\ \text{g/mol}, y 0,001 mg=1⋅10−6 g0{,}001\ \text{mg} = 1\cdot 10^{-6}\ \text{g}:n(SO3)=1⋅10−6 g80,1 g/mol=1,25⋅10−8 moln(\text{SO}_3) = \frac{1\cdot 10^{-6}\ \text{g}}{80{,}1\ \text{g/mol}} = 1{,}25\cdot 10^{-8}\ \text{mol}Concentración de ácido sulfúrico. Por la estequiometría 1:1, se forman los mismos moles de H2SO4\text{H}_2\text{SO}_4, disueltos en 0,25 mL=2,5⋅10−4 L0{,}25\ \text{mL} = 2{,}5\cdot 10^{-4}\ \text{L}:[H2SO4]=1,25⋅10−8 mol2,5⋅10−4 L=4,99⋅10−5 M[\text{H}_2\text{SO}_4] = \frac{1{,}25\cdot 10^{-8}\ \text{mol}}{2{,}5\cdot 10^{-4}\ \text{L}} = 4{,}99\cdot 10^{-5}\ \text{M}pH. Con los dos protones totalmente disociados:H2SO4(aq)+2 H2O(l)→SO42−(aq)+2 H3O+(aq)\text{H}_2\text{SO}_4(aq) + 2\,\text{H}_2\text{O}(l) \rightarrow \text{SO}_4^{2-}(aq) + 2\,\text{H}_3\text{O}^+(aq)[H3O+]=2⋅4,99⋅10−5=9,99⋅10−5 MpH=−log⁡(9,99⋅10−5)=4,0[\text{H}_3\text{O}^+] = 2\cdot 4{,}99\cdot 10^{-5} = 9{,}99\cdot 10^{-5}\ \text{M} \qquad \text{pH} = -\log(9{,}99\cdot 10^{-5}) = 4{,}0Como 4,0<5,54{,}0 < 5{,}5, la lluvia es ácida. (Los 10−710^{-7} M de H3O+\text{H}_3\text{O}^+ del agua son despreciables frente a 10−410^{-4} M.)
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
3

Consejo

En ΔG=ΔH−TΔS\Delta G = \Delta H - T\Delta S el error más repetido es mezclar kJ y J: la entalpía viene en kJ y la entropía en J/K, así que pasa una de las dos antes de restar. Y en el pH del sulfúrico, no olvides que cada molécula da dos protones cuando el enunciado dice que se disocian totalmente: si usas la concentración del ácido tal cual, el pH sale 4,3 en vez de 4,0.
Paso 1 de 3
¿Has terminado el problema?
¿Te atascas?Manda tu duda a tu profesor o al equipo, o pregunta a otros estudiantes en la comunidad.
Sigue practicando
pH de ácidos y bases
(2 puntos: 1 punto cada apartado) Se disuelven 6 g6\ \text{g} de un ácido débil monoprótico, HA, de masa molar…
Química · Andalucía · 2026 · Reserva 3pH de ácidos y bases
(2 puntos: 1 punto cada apartado) Una disolución de ácido cianhídrico (HCN\text{HCN}) 0,01 M0{,}01\ \text{M} tiene…
Química · Andalucía · 2026 · Reserva 4pH de ácidos y bases
(2 puntos) MANTENER LIMPIA LA PISCINA: MUCHO MÁS QUE CLORO Los desinfectantes más comunes de piscinas están…
Química · Andalucía · 2026 · Reserva 1pH de ácidos y bases
(2 puntos: 1 punto cada apartado) Una disolución acuosa de hidróxido de potasio (KOH) para uso industrial tiene…
Química · Andalucía · 2026 · Junio
Apuntes y todos los problemas de Reacciones ácido-base →