También trata: Formulación y nomenclatura inorgánica
Andalucía · 2026 · Reserva 1
Enunciado
(2 puntos)
MANTENER LIMPIA LA PISCINA: MUCHO MÁS QUE CLORO
Los desinfectantes más comunes de piscinas están elaborados con compuestos de cloro, que en agua se convierten en HClO, cuya capacidad para eliminar bacterias, virus y otros patógenos depende del pH. El HClO es un ácido débil (Ka=3⋅10−8 a 25∘C) que en disolución acuosa se encuentra en equilibrio con su base conjugada, con un poder desinfectante mucho menor. Para que la desinfección sea óptima, la relación entre la concentración de la base conjugada y la del ácido debe ser 1/3. Teniendo en cuenta el equilibrio de disociación de este ácido, se puede determinar el valor exacto de pH al que ha de mantenerse el agua para que el poder desinfectante sea máximo.
En una piscina comunitaria, el encargado de su mantenimiento detectó que el pH del agua estaba disminuyendo. Para corregirlo, añadió una cantidad excesiva de un compuesto alcalino, probablemente carbonato de sodio o hidróxido de potasio. La consecuencia fue inmediata y desastrosa: en las siguientes horas el agua comenzó a mostrar turbidez debido a la aparición de algas.
Se analizó una muestra del agua de la piscina y, a través de una valoración ácido-base con HCl, se comprobó que el valor del pH era 9. Para rectificarlo, el encargado añadió un reductor de pH en pastillas. De la ficha técnica del producto comercial se obtuvo la gráfica que se muestra en la imagen, adaptada al volumen de la piscina, en la que se representa la variación del pH tras la adición sucesiva de pastillas.Gráfica del pH del agua de la piscina frente al número de pastillas de reductor del pH añadidas, de 0 a 10 pastillasa) Nombre o formule según corresponda: los dos ácidos y los dos compuestos alcalinos que se mencionan en el texto. (0,5 puntos)
b) Calcule el valor óptimo de pH del agua para que el HClO tenga su máxima capacidad desinfectante. (0,7 puntos)
c) A la vista de la gráfica, indique el número de pastillas del reductor del pH que es necesario añadir a la piscina con objeto de corregir el pH hasta el valor óptimo. (0,3 puntos)
d) Para llevar a cabo la valoración ácido-base se preparó una disolución de HCl0,1M. Indique el volumen de HCl comercial del 37% de riqueza en masa y densidad 1,18gmL−1 necesario para preparar 50mL de la disolución diluida. (0,5 puntos)
Datos: Masas atómicas relativas: Cl=35,5; H=1
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Resultado
a) HClO: aˊcido hipocloroso; HCl: cloruro de hidroˊgeno; Na2CO3; KOHb) [H3O+]=9⋅10−8M,pH=7,05c) 4 pastillasd) V=0,418mL
Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo
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Estrategia
El texto esconde cuatro tareas cortas:
a) Localiza las cuatro sustancias: los ácidos aparecen con su fórmula (HClO y HCl), así que hay que nombrarlos; los alcalinos aparecen con su nombre, así que hay que formularlos.
b) No hace falta ninguna concentración: basta la expresión de Ka. Si despejamos [H3O+], queda Ka por el cociente ácido/base, y ese cociente lo da el texto (base/ácido =1/3, o sea ácido/base =3).
c) Leer en la gráfica qué número de pastillas lleva el pH desde 9 hasta el valor de b).
d) Una dilución: los moles de HCl que necesitamos en la disolución diluida salen del frasco concentrado. De moles a gramos de HCl puro, de puro a disolución comercial (riqueza) y de masa a volumen (densidad).
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Desarrollo
a) Nombres y fórmulas.
En el texto
Respuesta
HClO
ácido hipocloroso (hidrogeno(oxidoclorato))
HCl
cloruro de hidrógeno (ácido clorhídrico, en disolución acuosa)
carbonato de sodio
Na2CO3
hidróxido de potasio
KOH
b) pH óptimo de desinfección.
Equilibrio de disociación del ácido hipocloroso; su base conjugada es el ion hipoclorito, ClO−:HClO+H2O⇌ClO−+H3O+Ka=[HClO][ClO−][H3O+]Despejando la concentración de oxonio:[H3O+]=Ka⋅[ClO−][HClO]La condición óptima es [HClO][ClO−]=31, es decir, [ClO−][HClO]=3:[H3O+]=3⋅10−8⋅3=9⋅10−8molL−1pH=−log(9⋅10−8)=7,05Lo mismo en forma logarítmica: pKa=−log(3⋅10−8)=7,52 ypH=pKa+log[HClO][ClO−]=7,52+log31=7,52−0,48=7,05Tiene sentido: para que predomine la forma ácida (HClO, la que desinfecta) el pH tiene que estar por debajo del pKa. A pH 9 casi todo el cloro estaría como ClO−, poco desinfectante: por eso aparecieron las algas.
c) Número de pastillas.
En la gráfica, el pH parte de 9,0 sin pastillas y baja a 8,5 (1 pastilla), 8,45 (2), 8,0 (3) y 7,0 con 4 pastillas; con 5 ya cae a 6,0. El valor óptimo (7,05) se alcanza, prácticamente, con4 pastillasCon 3 el agua seguiría demasiado básica (pH 8) y con 5 se pasaría a pH 6, demasiado ácido.
d) Volumen de HCl comercial.
Moles de HCl que debe contener la disolución diluida:n=M⋅V=0,1molL−1⋅0,050L=5⋅10−3molMasa de HCl puro (M=1+35,5=36,5gmol−1):mHCl=5⋅10−3⋅36,5=0,1825gComo el ácido comercial solo tiene un 37% en masa de HCl, la masa de disolución comercial necesaria esmdisolucioˊn=0,370,1825=0,493gY con la densidad, el volumen:V=dm=1,18gmL−10,493g=0,418mL(Equivale a calcular la molaridad del ácido comercial, 36,51180⋅0,37=11,96M, y aplicar M1V1=M2V2: V1=11,960,1⋅50=0,418mL.)
Se miden esos 0,42mL con una pipeta, se vierten en un matraz aforado de 50 mL con algo de agua y se enrasa.
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Consejo
En b) fíjate bien en qué cociente da el texto: base/ácido =1/3. Si lo inviertes, obtienes [H3O+]=10−8 y pH =8, justo la zona en la que el cloro desinfecta peor. Comprueba siempre el sentido químico: con más ácido que base, el pH debe quedar por debajo del pKa (7,52).
En d) la riqueza se divide (el frasco no es puro, hace falta más masa) y la densidad pasa de masa a volumen, también dividiendo. Un volumen de unos pocos mililitros o de décimas de mililitro es razonable: el ácido comercial está unas 120 veces más concentrado.
En a) el HCl puro es un gas, el cloruro de hidrógeno; ácido clorhídrico es su disolución acuosa. Si das los dos nombres, mejor.
Paso 1 de 3
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