Problem Ill as 2

PROBLEMILLAS 2 Ejercicios:

A) Calculemos el pH de una solucin 0,5M de cido actico (CH3COOH) Ka = 1,8 10-5. Como es un cido dbil y su concentracin es alta, podemos aplicar:

[H+] = Ka Co

[H+] = (1,8 x 10-5) (0,5)

[H+] = 3,0 x 10-3

Si pH = -log [H+], entonces

pH = -(log 3,0 10-3)pH = -(-2,522)

pH = 2,522

B) Calcularemos ahora el pH de una solucin formada por cido actico 0,5M y acetato de sodio 0,5M (CH3COONa). Tenemos efecto de ion comn por lo tanto:

pH = pKa + log [Sal] [cido]

Si Ka = 1,8 x 10-5 pKa = -(log Ka) pKa = 4,74

Luego, pH = 4,74 + log [0,5] [0,5]

pH = 4,74 + log 1 pH = 4,74

C) Calculemos el pOH de una solucin 0,1M de (NH4OH) Kb = 1,75x10-5. Como es una base dbil y su concentracin es alta, podemos aplicar:

[OH-] = Kb Co

[OH-] = (1,75 x 10-5) (0,1)

[OH-] = 1,323 x 10-3

Si pOH = -log [OH-], entonces:

pOH = -(log 1,323 x 10-3) pOH = -(-2,88)

pOH = 2,88

D) Calcularemos ahora el pOH de una solucin formada por hidrxido de amonio 0,1M y cloruro de amonio 0,1M (NH4Cl). Tenemos efecto de ion comn por lo tanto:

pOH = pKb + log [Sal] [Base]

Si Kb = 1,75 x 10-5pKb = -(log Kb) pKb = 4,76

Luego, pOH = 4,76 + log [0,1] [0,1] pOH = 4,76 + log 1 pOH = 4,76

PROBLEMAS DE BUFFERPOR: VALDERRAMA ARIAS, JULIAN1. Calcule el pH de 0,500 mL de una solucin reguladora, que se prepara disolviendo en agua 2,40 g de NaH2 PO4 y 5,68 g de Na2 HPO4 llevando a volumen en matraz aforado de 500 mL.Datos: Ka2 = 6,17 x 10 8 Mr NaH2 PO4 = 120 Mr Na2HPO4 = 142 n moles NaH2PO4 = 2,40 g / 120 g mol 1 =0,020 mol Molaridad NaH2PO4 = 0,020 mol / 0,500 L = 0,040 M = Ca (H2PO4- ) n moles Na2HPO4 = 5,68 g / 142 g mol 1 = 0,031 mol Molaridad Na2HPO4 = 0,031 mol / 0,500 L = 0,062 M = Cb (HPO42- )Como Ca y Cb son mayores de 10 2 M y Ca / Cb = 0,645 est dentro del rango 0,1 10 se puede usar la Ecuacin de HendersonpH = pKa log Ca / Cb = 7,21 log 0,040 / 0,062 = 7,40Respuesta: pH = 7,40

2. Calcular el pH de una mezcla equimolar de NH3 y NH4Cl. El pKb del amoniaco es 4.75 Solucin:Para una solucin amortiguadora compuesta de una base dbil y una sal de su correspondiente cido conjugado, la ecuacin de Henderson-Hasselbach es de la forma

Al aplicar esta ecuacin al sistema amortiguador amoniaco / cloruro de amonio resulta que el

3. Calcular el pH de una mezcla de 5 moles de lactato de sodio y mol de cido clorhdrico en un litro de solucin acuosa al finalizar la reaccin. El pKa del cido lctico es 3.86.Una mol de cido clorhdrico reacciona con una mol de lactato de sodio, convirtindose la mezcla en una solucin amortiguadora que contiene una mol de cido lctico y 4 mol de acetato de sodio.Aplicando la ecuacin tenemos:

Calcular el pH de una solucin formada por 200 ml de solucin de HAc 0,2 M y 200 ml de solucin de NaAc 0,3 M .

Efectuada la mezcla, se produce la dilucin de las soluciones , variando por lo tanto sus concentraciones .Para el cido: 1000 ml ___________ 0,2 moles HAc 200 ml ___________ x = 0,04 moles HAc

Como el volumen final es de 400 ml:

400 ml ___________ 0,04 moles HAc 1000 ml ___________ x = 0,1 moles = 0,1 M

Con idntico razonamiento se calcula la concentracin de la sal cuyo resultado ser: 0,15 M,Reemplazando en la ecuacin anterior:

PH = 4,92

A 100 ml del buffer anterior se le aade 1 ml de NaOH 0,1 N. Calcular el pH.

1000 ml ____________ 0,1 equiv. NaOH 1 ml ____________ x = 10 -4 equiv.

Estos equivalentes neutralizarn el mismo nmero de equivalentes de protones contenidos en los 100 ml de la mezcla buffer.

100 ml ____________ 10-4 1000 ml ____________ x = 10-3 equiv.Quedando:[HAc] = 0,1 M - 0,001 M = 0,099 M [Ac- ] = 0,15 M + 0,001 M = 0,151 M

Por lo tanto :

pH = 4,93

Se observa que la variacin de pH debida a este agregado fue de slo 0,01 unidades .Si el mismo agregado se hubiera realizado sobre 100 ml de agua :

10-3 equiv. OH-/l ----------> pOH = 3 pH = 11

Como el pH inicial es 7, se habr producido una variacin de pH de 4 unidades .

Calcular el pH de una mezcla de 3 moles de cido actico 1 mol de hidrxido de sodio en un litro de solucin acuosa al terminar la reaccinUna mol de hidrxido de sodio reacciona con una mol de cido actico, convirtindose la mezcla en una solucin amortiguadora que contiene 2 moles de cido actico y un mol de acetato de sodioAplicando la ecuacin de Henderson- Hasselbach tenemos quePH=4.75 + log1/2=4.45

Calcular el pH de una mezcla equimolar de NH3 y NH4Cl. El pKb del amoniaco es 4.75Para una solucin amortiguadora compuesta de una base dbil y una sal de su correspondiente cido conjugado, la ecuacin de Henderson- Hasselbach es de la formapOH= pKb + log ([sal] )/([base] )Al aplicar sta ecuacin al sistema amortiguador amoniaco/cloruro de amonio resulta el

pOH = PKb 4.75y entonces, el PH =14- 4.75 = 9.25

PROBLEMA 1

Calcule el pH de 0,500 mL de una solucin reguladora, que se preparadisolviendo en agua 2,40 gr de NaH2PO4y 5,68 g de Na2HPO4llevando avolumen en matraz aforado de 500 mL

Datos: Ka2= 6,17 x 10 8MrNaH2PO4= 120MrNa2HPO4= 142n moles NaH2PO4= 2,40 g / 120 g mol 1=0,020 molMolaridad NaH2PO4= 0,020 mol / 0,500L = 0,040 M=Ca(H2PO4-)n moles Na2HPO4= 5,68 g / 142 g mol 1= 0,031 molMolaridad Na2HPO4= 0,031 mol / 0,500 L = 0,062 M = Cb(HPO42-)

Como Ca y Cbson mayores de 10 2 M y Ca/ Cb= 0,645 est dentro del rango0,1 10 se puede usar la Ecuacin de Henderson.

pH = pKa log Ca/ Cb= 7,21 log 0,040 / 0,062 = 7,40

Rpta: Ph = 7,40

Problema 2

Calcular el pH de una solucin formada por 200 ml de solucin de HAc 0,2 M y 200 ml de solucin de NaAc 0,3 M.

Efectuada la mezcla, se produce la dilucin de las soluciones , variando por lo tanto sus concentraciones.

Para el cido:

1000 ml ___________________ 0,2 moles HAc200 ml ____________________ x= 0.04moles HAc

Como volumen final es de 400 ml:

400 ml __________________ 0, 04 moles HAc1000 ml__________________ x=0,1 moles =0,1 M

Con idntico razonamiento se calcula la concentracin de la sal cuyo resultado ser: 0,15 M, reemplazando en la ecuacin anterior:

ph= 4,92

A 100 ml del buffer anterior se le aade 1 ml de NaOH 0,1 N. Calcular el pH.

1000 ml ______________ 0,1 equiv. Na OH 1 ml______________ x= 10-4 equiv.

Estos equivalents neutralizarn el mismo nmero de equivalentes de protones contenidos en los 100 ml de la mezcla buffer.

100 ml _________________ 10-41000 ml ________________ x= 10-3 equiv.Quedando:

[HAc] = 0,1 M 0,001 M = 0,099 M

[Ac-] = 0,15 M + 0,001 M = 0,151 M

Por lo tanto:

pH= 4,93Se observa que la variacin de Ph debida a este agregado fue de slo 0.01 unidades.Si el mismo agregado se hubiera realizado sobre ml agua:

10-3 equiv. OH-/l ----------> pOH = 3 pH = 11

Como el pH inicial es 7, se habr producido una variacin de Ph de 4 unidades.

Problema 3

Calcule la variacin de pH que seproducir por el agregado de 0,010 mol deNaOH a un litro de solucin reguladora 0,100 M de cido actico y 0,100 M deacetato de sodio.Ka = 1,82 x 10 5

Variacin de pH (pH) = pHf- pHi

El pH de la solucin inicial es: pH = pKa log Ca/ Cb

pHi= 4,74 log 0,100 / 0,100 = 4,74

El pH de la solucin final es el que corresponde a la solucin despus delagregado de NaOH, que por ser base fuerte estar totalmente disociada.El aumento de iones HO-afecta al equilibrio:

HAc + H2O H3O++ Ac

Ya que neutraliza a los H3O+, desplazndose hacia un aumento de laconcentracin de Ac-y una disminucin de la concentracin de HAc.

Conservacin de materia:

[HAc]+ [Ac - ]= Ca + Cb= 0,200 M ..(a)

[Na+]= Cb(del NaAc) + Cbf (del NaOH)

Condicin de electro neutralidad:

[Na+]+ [H3O+]=[Ac - ]+ [HO-]

Cb +Cbf + [H3O+]= [Ac - ]+ [HO-]

[H3O+]y [HO-]se desestiman frente a Cay Cb, por lo tanto:

[Ac - ]= Cb +Cbf

Reemplazando en (a) y reordenando:

[HAc]= Ca + Cb (Cb +Cbf ) = Ca- Cbf

El pH de la solucin final es:pHf = pKa log ([HAc]/ [Ac - ])pHf = 4,74 log [(Ca- Cbf) / (Ca+ Cbf)]pHf = 4,74 log [(0,100 0,010) / (0,100 + 0,010)]pHf = 4,74 log [(0,090 / 0,110)] = 4,83

pH = 4,83 4,74 = 0,09

Los valores de pH y los cambios producidos se expresan con dos cifrasdecimales, debido a que es la mxima precisin que se logra cuando se mide con peachmetro.

1. Problemas

1.1. Problemas resueltos

1. Calcule el pH de 0,500 mL de una solucin reguladora, que se prepara disolviendo en agua 2,40 g de NaH2 PO4 y 5,68 g de Na2 HPO4 llevando a volumen en matraz aforado de 500 mL.Datos: Ka2 = 6,17 x 10 8 Mr NaH2 PO4 = 120 Mr Na2HPO4 = 142 n moles NaH2PO4 = 2,40 g / 120 g mol 1 =0,020 mol Molaridad NaH2PO4 = 0,020 mol / 0,500 L = 0,040 M = Ca (H2PO4- ) n moles Na2HPO4 = 5,68 g / 142 g mol 1 = 0,031 mol Molaridad Na2HPO4 = 0,031 mol / 0,500 L = 0,062 M = Cb (HPO42- )Como Ca y Cb son mayores de 10 2 M y Ca / Cb = 0,645 est dentro del rango 0,1 10 se puede usar la Ecuacin de HendersonpH = pKa log Ca / Cb = 7,21 log 0,040 / 0,062 = 7,40Respuesta: pH = 7,40

2. Calcular el pH de una mezcla equimolar de NH3 y NH4Cl. El pKb del amoniaco es 4.75 Solucin:Para una solucin amortiguadora compuesta de una base dbil y una sal de su correspondiente cido conjugado, la ecuacin de Henderson-Hasselbach es de la forma

Al aplicar esta ecuacin al sistema amortiguador amoniaco / cloruro de amonio resulta que el

3. Calcular el pH de una mezcla de 5 moles de lactato de sodio y mol de cido clorhdrico en un litro de solucin acuosa al finalizar la reaccin. El pKa del cido lctico es 3.86.Una mol de cido clorhdrico reacciona con una mol de lactato de sodio, convirtindose la mezcla en una solucin amortiguadora que contiene una mol de cido lctico y 4 mol de acetato de sodio.Aplicando la ecuacin tenemos:

4. Calcular el pH de la solucin que resulta al mezclar dos soluciones acuosas que contienen, respectivamente, 2 mol de cido actico y 6 mol de acetato de sodio. El pKa del cido actico es 4.75.

Aplicando la ecuacin de Henderson - Hasselbach

PROBLEMAS RESUELTOS SOLUCIONES BUFFER :31.Determine la masa de acetato de sodio (Masa molar = 98,1 g/mol) que necesita para preparar una solucin buffer acetato cuya relacin [Sal] / [cido] = 0,45. Suponga que la masa de sal debe ser agregada a 500 mL de solucin 0,4 M de cido actico (PKa = 4,76) para preparar el tampn.SOLUCIN:Paso 1: Si tenemos 500 mL de cido al 0,4 M, la concentracin del cido en el buffer ser 0,4M.[cido] = 0,4 MPaso 2: Si la relacin [Sal] / [cido] = 0,45 y [cido] = 0,4 M tenemos que:[Sal] / [cido] = 0,45[Sal] / 0,4 M = 0,45[Sal] = 0,45 0,4 M[Sal] = 0,18 MPaso 3: Como la concentracin de la sal es 0,18 M necesitaremos 0,18 moles de sal para preparar un litro de solucin, pero slo queremos 500 mL de solucin, por lo tanto0,18 moles sal x = 1000 mL solucin 500 mL de solucinx = 0,09 moles de salPaso 4: Transformamos los moles a masa (g) 1 mol ------------------------sal 98,1 g 0,09 moles-------------------- sal x x = 8,83 g de sal (acetato de sodio)

2. Calcular el pH de una solucin formada por 200 ml de solucin de HAc 0,2 M y 200 ml de solucin de NaAc 0,3 M .Efectuada la mezcla, se produce la dilucin de las soluciones , variando por lo tanto sus concentraciones .Para el cido : 1000 ml ___________ 0,2 moles HAc 200 ml ___________ x = 0,04 moles HAccomo el volumen final es de 400 ml :


Con idntico razonamiento se calcula la concentracin de la sal cuyo resultado ser: 0,15 M,Reemplazando en la ecuacin anterior : pH = 4,92

3. Calcule el pH y la concentracin de una solucin amortiguadora formada por 0,03 moles de cido propanoico (Ka = 1,34 10-5) y 0,02 moles de propanoato de sodio disueltos en 250 mL.SOLUCIN:Paso 1: Sabemos que:PH = pKa + log [Sal] / [cido][Tampn] = [Sal] + [cido]Luego: pKa = -(log Ka)pKa = -(log 1,34 10-5)pKa = -(-4,87)pKa = 4,87 El pH del buffer debe encontrarse en la zona de pKa 1,esto es 3,87 - 5,87Paso 2: Determinemos las concentraciones molares de los componentes del buffer.[cido] 0,03 x = x = 0,12 M250 mL ----------------------1000 mL[Sal] 0,02----------------------------- x= x = 0,08 MPaso 3: Tenemos todos los datos para calcular el pH de esta solucin tampn.pH = pKa + log [Sal] / [cido]pH = 4,87 + log [0,08] / [0,12]pH = 4,87 + log 0,666pH = 4,87 + (- 0,17)pH = 4,70 Est en el rango esperadoPaso 4: La concentracin del tampn ser:[buffer] = [Sal] + [cido][buffer] = 0,08 M + 0,12 M[buffer] = 0,2 M

1. Calcule el pH de 0,500 mL de una solucin reguladora, que se prepara disolviendo en agua 2,40 g de NaH2PO4 y 5,68 g de Na2HPO4 llevando a volumen en matraz aforado de 500 mL.Datos: Ka2 = 6,17 x 10 8 Mr NaH2PO4 = 120 Mr Na2HPO4 = 142n moles NaH2PO4 = 2,40 g / 120 g mol1 =0,020 molMolaridad NaH2PO4 = 0,020 mol / 0,500 L = 0,040 M = Ca (H2PO4- )n moles Na2HPO4 = 5,68 g / 142 g mol1= 0,031 molMolaridad Na2HPO4 = 0,031 mol / 0,500 L = 0,062 M = Cb (HPO42-)Como Ca y Cb son mayores de 10 2M y Ca / Cb = 0,645 est dentro del rango0,1 10 se puede usar la Ecuacin de Henderson:pH = pKa log Ca / Cb = 7,21 log 0,040 / 0,062 = 7,40Respuesta: pH = 7,40

2. Qu volumen de NaOH 2,00 M se debe agregar a 300 mL de solucin 0,30 M de cido gliclico, de manera de obtener una solucin reguladora de pH =4,00?Ka = 1,50 x 10 4NaOH es una base fuerte por lo tanto estar totalmente disociada en solucin.El aumento de iones HO- afecta al equilibrio:cido gliclico + H2O H3O + + glicolatoYa que neutraliza a los H3O+, desplazndose hacia un aumento de la concentracin de glicolato y una disminucin de la concentracin de cido gliclico. Conservacin de materia:[Hglic] + [ glic - ] = Ca + Cb = 0,300 L x 0,30 M / (0,300 L + Vbf)[Na +] = Vbf x 2,00 M / (0,300 L + Vbf) .. aCondicin de electro neutralidad:[Na +] + [H3O +] = [ glic - ] + [HO - ]Vbf x 2,00 M / (0,300 L + Vbf)+ [H3O +] = [ glic - ] + [HO - ][H3O +] y [HO - ] se desestiman frente a Ca y Cbf, por lo tanto:[ glic -] = Vbf x 2,00 M / (0,300 L + Vbf)Reemplazando en (a) y reordenando:[Hglic] = [0,300 L x 0,30 M / (0,300 L + Vbf)] - [Vbf x 2,00 M / (0,300 L + Vbf)][Hglic] = (0,300 L x 0,30 M - Vbf x 2,00 M) / (0,300 L + Vbf)El pH de la solucin final es:pHf = pKa log ([Hglic] / [ glic - ])[(0,300 L x 0,30 M - Vbf x 2,00 M) / (0,300 L + Vbf)]4,00 = 3,82 log[Vbf x 2,00 M / (0,300 L + Vbf)]4,00 = 3,82 log [(0,300 L x 0,30 M - Vbf x 2,00 M) / (Vbf x 2,00 M)]Luego se despeja VbfRespuesta: Vbf = 27,00 mL

3. Calcule la variacin de pH que se producir por el agregado de 0,010 mol deNaOH a un litro de solucin reguladora 0,100 M de cido actico y 0,100 M de acetato de sodio. Ka = 1,82 x 10 5Variacin de pH ( pH) = pHf - pHiEl pH de la solucin inicial es: pH = pKa log Ca / CbpHi = 4,74 log 0,100 / 0,100 = 4,74El pH de la solucin final es el que corresponde a la solucin despus delagregado de NaOH, que por ser base fuerte estar totalmente disociada.El aumento de iones HO - afecta al equilibrio:HAc + H2O H3O + + Ac Ya que neutraliza a los H3O+, desplazndose hacia un aumento de la concentracin de Ac - y una disminucin de la concentracin de HAc. Conservacin de materia:[ HAc] + [ Ac - ] = Ca + Cb = 0,200 M (a)[Na +] = Cb (del NaAc) + Cbf (del NaOH)Condicin de electro neutralidad:[Na +] + [H3O +] = [ Ac - ] + [HO - ]Cb + Cbf + [H3O +] = [ Ac - ] + [HO - ][H3O +] y [HO -] se desestiman frente a Ca y Cb, por lo tanto:[ Ac - ] = Cb + CbfReemplazando en (a) y reordenando:[ HAc] = Ca + Cb (Cb + Cbf ) = Ca CbfEl pH de la solucin final es:pHf = pKa log ([HAc] / [ Ac - ])pHf = 4,74 log [(Ca - Cbf) / (Ca + Cbf)]pHf = 4,74 log [(0,100 0,010) / (0,100 + 0,010)]pHf = 4,74 log [(0,090 / 0,110)] = 4,83 pH = 4,83 4,74 = 0,09

EJERCICIOS

1. Se dispone de un cido ntrico (HNO3) 0.01M. Calcular el ph

HNO3 (ag) + H2O -----> H3O+(ag) + NO3- (ag)[HNO3]= 0.001M = [H3O+]pH = - log H3O+= -log 0.01= - log 10-2 = 2

2. Se disuelven 0.40 gr de hidrxido sdico (NaOH) en agua hasta completar 100 ml. Calcular el pH a 25C.

0.40gr NaOH1000ml1mol NaOH = 0.1M 100ml 1Lt 40g NaOH[NaOH] = 0.1M = [OH-]

pOH = -log [OH-] = -log 0.1 = -log 10-1 =1pH + pOH = 14pH + 1 =14pH = 13

3. Calcular el pH de una solucin formada por 200ml de solucin de H(ac) 0.20M y 200ml de solucin de Na(ac) 0.3M. Efectuada la mezcla, se produce la dilucin de las soluciones, variando por lo tanto sus concentraciones.Para el cido:1000ml ------------ 0.2 moles H (ac)200ml ------------ x = 0.04 moles H (ac)

Como el volumen final es de 40ml:400ml ------------- 0.04 moles H (ac)1000ml ------------ x = 0.1moles = 0.1M

Con idntico razonamiento se calcula la concentracin de la sal cuyo resultado ser 0.15M, reemplazando en la ecuacin anterior:

[H+] = = 1.2 x 10-5

pH = 4.92

Ejemplo 1:

Calcule el pH de 0,500 mL de una solucin reguladora, que se preparadisolviendo en agua 2,40 g de NaH2PO4 y 5,68 g de Na2HPO4 llevando avolumen en matraz aforado de 500 mL

Datos: Ka2 = 6,17 x 108Mr NaH2PO4 = 120Mr Na2HPO4 = 142

n moles NaH2PO4 = 2,40 g / 120 g mol1 =0,020 mol

Molaridad NaH2PO4 = 0,020 mol / 0,500 L = 0,040 M = Ca (H2PO4-)

n moles Na2HPO4 = 5,68 g / 142 g mol1 = 0,031 mol

Molaridad Na2HPO4 = 0,031 mol / 0,500 L = 0,062 M = Cb (HPO42-)

Como Ca y Cb son mayores de 102 M y Ca / Cb = 0,645 est dentro del rango0,1 10 se puede usar la Ecuacin de Henderson

pH = pKa log Ca / Cb = 7,21 log 0,040 / 0,062 = 7,40

Respuesta: pH = 7,40

Ejemplo 2:

Qu volumen de NaOH 2,00 M se debe agregar a 300 mL de solucin 0,30 Mde cido gliclico, de manera de obtener una solucin reguladora de pH =4,00?Ka = 1,50 x 104

NaOH es una base fuerte por lo tanto estar totalmente disociada en solucin.El aumento de iones HO- afecta al equilibrio:

cido gliclico + H2O H3O+ + glicolato

Ya que neutraliza a los H3O+, desplazndose hacia un aumento de laconcentracin de glicolato y una disminucin de la concentracin de cidogliclico.


[Hglic] + [glic-] = Ca + Cb = 0,300 L x 0,30 M / (0,300 L + Vbf)

[Na+] = Vbf x 2,00 M / (0,300 L + Vbf) ()Condicin de electro neutralidad:

[Na+] + [H3O+] = [glic-] + [HO-]

Vbf x 2,00 M / (0,300 L + Vbf)+ [H3O+] = [glic-] + [HO-]

[H3O+] y [HO-] se desestiman frente a Ca y Cbf, por lo tanto:

[glic-] = Vbf x 2,00 M / (0,300 L + Vbf)

Reemplazando en () y reordenando:

[Hglic] = [0,300 L x 0,30 M / (0,300 L + Vbf)] - [Vbf x 2,00 M / (0,300 L + Vbf)]

[Hglic] = (0,300 L x 0,30 M - Vbf x 2,00 M) / (0,300 L + Vbf)

El pH de la solucin final es:

pHf = pKa log ([Hglic] / [glic-])

4,00 = 3,82 log [(0,300 L x 0,30 M - Vbf x 2,00 M) / (Vbf x 2,00 M)]

Luego se despeja Vbf

Respuesta: Vbf = 27,00 mL

Ejemplo 3:

Calcule la variacin de pH que se producir por el agregado de 0,010 mol deNaOH a un litro de solucin reguladora 0,100 M de cido actico y 0,100 M deacetato de sodio. Ka = 1,82 x 105

Variacin de pH ( pH) = pHf - pHi

El pH de la solucin inicial es: pH = pKa log Ca / Cb

pHi = 4,74 log 0,100 / 0,100 = 4,74

El pH de la solucin final es el que corresponde a la solucin despus delagregado de NaOH, que por ser base fuerte estar totalmente disociada.El aumento de iones HO-afecta al equilibrio:

HAc + H2O H3O+ + Ac-Ya que neutraliza a los H3O+, desplazndose hacia un aumento de la concentracin de Ac- y una disminucin de la concentracin de HAc.


[HAc] + [Ac-] = Ca + Cb = 0,200 M ()

[Na+] = Cb (del NaAc) + Cbf (del NaOH)

Condicin de electro neutralidad:

[Na+] + [H3O+] = [Ac-] + [HO-]

Cb + Cbf + [H3O+] = [Ac-] + [HO-]

[H3O+] y [HO-] se desestiman frente a Ca y Cb, por lo tanto:

[Ac-] = Cb + Cbf

Reemplazando en () y reordenando:

[HAc] = Ca + Cb (Cb + Cbf) = Ca Cbf

El pH de la solucin final es:

pHf = pKa log ([HAc] / [Ac-])pHf = 4,74 log [(Ca - Cbf) / (Ca + Cbf)]pHf = 4,74 log [(0,100 0,010) / (0,100 + 0,010)]pHf = 4,74 log [(0,090 / 0,110)] = 4,83

pH = 4,83 4,74 = 0,09

Los valores de pH y los cambios producidos se expresan con dos cifrasdecimales, debido a que es la mxima precisin que se logra cuando se midecon peachmetro.

EJERCICOS RESUELTOS: BUFFER 1. Cuntos moles de NH4Cl hay que agregar a un litro de solucin 0,150 M de NH3 para obtener una buffer de pH 9,20?Conservacin de materia: [] + [] = + = Ca + 0,150 M [Cl-] = Condicin de electro neutralidad:[ + [] = [] + [] Desestimamos []= 1,58 x M y [] = 6.33 x M frente ay (pues para que la solucin sea reguladora efectiva, la cantidad de Cl a agregar debe cumplir 0,1< / pOH = 3 pH = 11Como el pH inicial es 7, se habr producido una variacin de pH de 4 unidades.

SOLUCIONES BUFFER : EJERCICIOS RESUELTOS

1. Cuntos moles de NH4Cl hay que agregar a un litro de solucin 0,150 M de NH3 para obtener una buffer de pH 9,20?

Por Conservacin de materia:[NH4+] + [NH3] = Ca + Cb = Ca + 0,150 M[Cl-]= CaCondicin de electro neutralidad:[NH4+] + [H3O +] = [Cl - ] + [HO - ]

Desestimamos [H3O +] = 1,58 x 10 9 M y [HO -] = 6.33 x 10 6 M frente a Ca yCb (pues para que la solucin sea reguladora efectiva, la cantidad de NH4Cl aagregar debe cumplir: 0,1< Ca / Cb pOH = 3 pH = 11Como el pH inicial es 7, se habr producido una variacin de pH de 4 unidades.3. Calcule el pH de una solucin buffer que contiene 0.05 M de HC7H5O2 y 0.15M de NaC7H5O2 (Ka HC7H5O2 = 6.5X10-5).Reemplazando en la ecuacin de Henderson-Hasselbach:

pH=pKa+log ([base])/([acido])

pH= -logKa+log ([base])/([acido])

pH = -log (6.5x10^(-5) )+log(0.15/0.05)

pH=4.187+0.477

pH=4.66.

PROBLEMAS1. Cul ser el pH de una disolucin mortiguadora formada por la disolucin de 0.350 mol de HOAc y 0,350 mol de NaOAc en agua suficiente para hacer 0.600 l de discolucin

Solucin:

Pero el acetato sdico NaOAc, es un electrolito fuerte, como la mayora de sales de sodio. Por tanto, suponemos que el NaOAc est completamente disociado en , es decir, que tendremos en disolucin 0,583 M y 0,583 M.

Supongamos que se disocian x mol/l de HOAc, por lo que [HOAc] ser (0,583 x) mol/l y [] aumentar a (0,583 + x) mol/l.[HOAc] = 0,583 x; [ = x; [] = 0,583 + xHOAc = 1,8 X =En esta ecuacin puede resolverse x considerando que es suficientemente pequeas para despreciarla en comparacin con 0,583.

log =-log(1,8 X = -(0,26 5) =4,75

2. Calclese el pH de una disolucin 0,2 M de un cido monoprtico de que es 0.85 M en la sal potsica del cido

Solucin:

Al ser una disolucin tampn, calculemos la concentracin de [ a partir de (1) y luego el pH:[= pH= -log4,7 = 5,33

3. Calcular el pH de una disolucin amortiguadora con 0,750 l de volumen, que contiene 0,150 mol de y 0,250 mol de del en agua = 1,81 X .

Solucin:

El es un electrlito fuerte disociado completamente en y

Supongamos que reaccionan x mol/l de segn la reaccin , producindose x mol de , y [] aumentar a 0,333 + x, mientras que [ disminuye a 0,200 x.[

Despreciando la x como sumando, obtenemos X = 1,09 X .Pero esto es la concentracin de Mediante K calculamos .log =-log(9,17 X = -(0,962 10) =9,75

EJERCICIOSEjemplo 1Calcule el pH de una solucin tampn que contiene amoniaco, ac 0,1 M y cloruro de amonio Cl 0,2 M, cuyo volumen es 100 ml.Dato Kb=1,8xResolucin el cloruro de amonio (sal) se disocia segn Cl(ac) (ac) + Cl- 0,2M 0,2M 0,2M El amoniaco (base debil) se ioniza segnH2O + ac + OHac[] inicio0,1M0,2M --

[] ionizadoX----

[ ] formada--XX

EQUILIBRIO0,1-X0,2-XX

Ion comn: [] = 0,2 + X = 0,2MCalculemos x= [OH-] con el valor de KbKb= [] [OH]/ 1,8x10-5 = (0,2.x)/(0,1-x)Como 0,1 x = 0,1MReemplazando este valor en la expresin anterior y despejando x se tendr.[OH-] = x = = 9 xMFinalmentepOH = -log9x = 5,05Entonces pH = 14 5,05 = 8,95Ejemplo 2Determine el pH de una solucin acuosa que contiene fenilamina, 0,4 M y cloruro de fenilamonio, 0,44 M. Kb = 4xResolucion:La solucin tiene dos solutos : base debil : sal de base dbil

Par conjugado: y Por lo tanto, la solucin es un buffer bsico, donde se cumplen [OH] = Kb [base]/[sal][OH] = 4 x x = 3,64 x pOH = -log (3.64) = 9,44Entonces pH = 14 9,44 = 4,56Ejemplo 31. Calcular el pH de una solucin formada por 200 ml de solucin de HAc 0,2 M y 200 ml de solucin de NaAc 0,3 M.

Efectuada la mezcla, se produce la dilucin de las soluciones, variando por lo tanto sus concentraciones.Para el cido: 1000 ml ___________ 0,2 moles HAc 200 ml ___________ x = 0,04 moles HAc

Como el volumen final es de 400 ml :


Con idntico razonamiento se calcula la concentracin de la sal cuyo resultado ser: 0,15 M,Reemplazando en la ecuacin anterior :

pH = 4,92

2. A 100 ml del buffer anterior se le aade 1 ml de NaOH 0,1 N . Calcular el pH .

1000 ml ____________ 0,1 equiv. NaOH 1 ml ____________ x = 10 -4 equiv.

Estos equivalentes neutralizarn el mismo nmero de equivalentes de protones contenidos en los 100 ml de la mezcla buffer .

100 ml ____________ 10-4 1000 ml ____________ x = 10-3 equiv.Quedando: [HAc] = 0,1 M - 0,001 M = 0,099 M [Ac-] = 0,15 M + 0,001 M = 0,151 M

Por lo tanto :

pH = 4,93

Se observa que la variacin de pH debida a este agregado fue de slo 0,01 unidades.Si el mismo agregado se hubiera realizado sobre 100 ml de agua:

10-3equiv. OH-/l ----------> pOH = 3 pH = 11

Como el pH inicial es 7, se habr producido una variacin de pH de 4 unidades.

EJERCICIOSa) Cuntos moles de NH4Cl hay que agregar a un litro de solucin 0,150 M de NH3 para obtener una buffer de pH 9,20?Resolucion :a) Conservacin de materia:[NH4+] + [NH3] = Ca + Cb = Ca + 0,150 M[Cl-] = Ca

* Condicin de electro neutralidad:[NH4+] + [H3O +] = [Cl - ] + [HO - ]desestimamos [H3O +] = 1,58 x 10 9 M y [HO -] = 6.33 x 10 6 M frente a Ca y Cb (pues para que la solucin sea reguladora efectiva, la cantidad de NH4Cl a agregar debe cumplir 0,1< Ca / Cb pOH = 3 pH = 11

Como el pH inicial es 7, se habr producido una variacin de pH de 4 unidades .

3. Determine el pH de una solucin de acido actico 0.10 M y de acetato de sodio 0.2 M

Ca: Concentracion inicial del acidoCa x x x + Cs

Cs: Concentracin inicial de la salCs Cs Cs + x Cs

Como Ka es pequea, x tambin resulta pequea, para concentraciones iniciales de cidos o sales relativamente grandes, 0.1M, 0.2M, etc., se puede despreciar y la ley del equilibrio queda:

DISOLUCIONES REGULADORAS (TAMPON O BUFFER)1. Calcular el ph de una disolucion reguladora q se prepara disolviendo 25.5g NaCH3COO en un volumen sufienciente de CH3COOH 0.55 M para obtener 500 mL de disolucion Ka del ac acetico = 1.8 x 10-5

Hallando los moles del NaCH3COO:M = 25.5 / 82 = 0.311

NaCH3COO CH3COO- + Na+0.311 0.311 0.311

Hallando la Molaridad del NaCH3COO: = 0.622

CH3COOH + H2OCH3COO- + H30+(ION COMUN)

CONCENTRACION INICIAL:0.55M 0.622M(POR EL COEFICIENTE DE DISOCIACION)0.55 EQUILIBRIO: 0.55 (1 - ) 0.55 + 0.622 0.55

Ka = 1.8 x10-5 = Ka = 1.8 x10-5= (0.55 + 0.622) . 0 = 0.55 2 + 0.622 1.8 x 10-5 (a todo entre 0.55)2+ 1.13 3.273 x 10-5 = 0 = = 5.79 x 10-5/ 2 = 2.896 x 10-5Reemplazamos el :PH = - log [ H3O+]PH = - log [0.55 ]PH = - log 1.593x10-5PH = 4.79

PROBLEMA 2)pKa = -log Ka

PROBLEMA 3 )

Problema 4)Calcular el pH de una disolucin obtenida al disolver 0.8 moles de CH3COOH y 0.8 moles de CH3COONa hasta obtener 1L de disolucin.Datos:Ka CH3COOH = 1.8 X 10 -5[CH3COOH] = 0.8 M[CH3COONa] = 0.8 MCH3COONa --> CH3COO- + Na+0.8 M 0.8 MCH3COOH + H2O CH3COO-+ H30+Concentracion inicial:0.8 M 0.8 MEquilibrio:0.8 X 0.8 M - X XKa = 1.8 x 10-5= [CH3COO-][H3O+] / [CH3COOH] = (0.8 + X)X / 0.8 X X = 1.8 x 10-5pH = - log (H3O)pH = - log (1.8 x 10-5)pH = 4.74

PROBLEMA 5)

Ejercicios Propuestos1.- Calcular el pH de la solucin que resulta de mezclar dos soluciones acuosas que contienen, respectivamente, 2 moles de acido actico y 6 moles de acetato de sodio. El pKa del cido actico es 4.75Se aplica la ecuacin de Henderson- hasselbachpH = 4.75+ log = 5.222.- Calcular el pH de una mezcla de 3 moles de acido actico 1 mol de hidrxido de sodio en un litro de solucin acuosa al terminar la reaccin.Una mol de hidrxido de sodio reacciona con una mol de acido actico, convirtindose la mezcla en una solucin amortiguadora que contiene acido actico y 1 mol de acetato de sodio.Aplicando la ecuacin de Henderson-Hasselbash tenemos que:pH= 4.75 + log = 4.453. Calcular el pH de una mezcla de 5 moles de lactato de sodio y mol de acido clorhdrico en un litro de solucin acuosa al finalizar la reaccin. El pKa del acido lctico es 3.86.Una mol de acido clorhdrico reacciona con una mol de lactato de sodio, convirtindose la mezcla en una solucin amortiguadora que contiene una mol de acido lctico y 4 moles de acetato de sodio.Aplicando la ecuacin de Henderson-Hasselbash tenemos que:pH = 3.86 + log = 4.46

1) Describa como preparara un amortiguador de fosfatos que tenga un pH aproximado de 7.40

SOLUCIONLa condicin para que un amortiguador sea efectivo es que el pKa del componente cido est cerca del pH deseado, como el cido fosfrico es un cido triprtico, se escriben las tres etapas de ionizacin del cido como se muestra a continuacin.H3PO4 (ac) ->H + H2(PO4)- (ac)Ka1= 7.5 * 10-3 ; pKa1= 2.12H2(PO4)- (ac) -> H + H(PO4)-2 (ac)Ka2= 6.2 * 10-3 ; pKa2= 7.21H(PO4)-2 (ac) -> H + (PO4)-3 (ac)Ka3= 4.8 * 10-3 ; pKa3= 12.32El ms adecuado de los tres sistemas amortiguadores es el de H(PO4)-2/H2(PO4)-, porque el pKa del ciso H2PO4- esr ms cerca del pH deseado.De la ecuacin Henderson-Hasselbalch se escribe.pH= pKa + log 7.40= 7.21 + log log = 0.19Del antilogaritmo se obtiene = 1.5As un sistema amortiguador de fosfatos con un pH de 7.40 se prepara disolviendo hidrgeno fosfato de sodio (Na2HPO4) y dihidrgeno fosfato de sodio (NaH2PO4) en una proporcin molar de 1.5:1.0 en agua.

2) Calcule el pH de un sistema amortiguador formado por CH3COOH 1.0 M y CH3COONa 1.0 M.

SOLUCIONSuponga que la ionizacin del cido actico y la hidrlisis de los iones acetato son despreciables: en el equilibrio se tiene:[CH3COOH] =1.0 M[CH3COO-] =1.0 MKa = = 1.8 * 10-5[H+] = = [H+] =1.8 * 10-5M pH = - log (1.8*10-5)pH = 4.74Entonces cuando las concentraciones del cido y su base conjugada sean iguales, el pH del sistema amortiguador es igual al pKa del cido.

3) Del problema anterior, Cul es el pH del sistema amortiguador despus de aadir 0.10 moles de HCl gaseoso a 1 L de la disolucin? Suponga que el volumen de sta no cambia con el HCl aadido.

SOLUCIONDespus de agregar HCl, ste se ioniza por completo:HCl(ac)->H+(ac) + Cl- (ac) 0.10 mol0.10 mol0.10 molAl principio, en 1 L de disolucin haba 1.0 mol de CH3COOH y 1.0 mol de CH3COO-.Despus de la neutralizacin del HCl por el CH3COO-, que se describe como:CH3COO- (ac) + H+ (ac) ->CH3COOH (ac)0.10 mol0.10 mol0.10 molEl nmero de moles de cido actico y de iones acetato ahora son:CH3COOH: (1.0 + 0.1) = 1.1 molCH3COO-: (1.0 - 0.1) =0.90 molEn seguida, se calcula la concentracin de iones hidrgeno:[H+] = =

= 2.2 * 10-5MEl pH de la disolucin cambia a:pH = -log (2.2 * 10-5) = 4.66Debe observarse que dado que el volumen de la disolucin es el mismo para las dos especies, el cociente de sus concentraciones molares se ha sustituido por el cociente de su nmero de moles respectivos, esto es, (1.1 mol/L)/(0.90 mol/L) = (1.1 mol)/(0.90 mol)

1) Calculemos el pH de una solucin 0,5M de cido actico (CH3COOH) Ka = 1,8 10-5.Como es un cido dbil y su concentracin es alta, podemos aplicar:[H+] = [H+] = [H+] = 3,0 si pH = -log [H+], entoncespH = -(log 3,0 )pH = -(-2,522)pH = 2,5222) Calculemos el pOH de una solucin 0,1M de hidrxido de amonio (NH4OH) Kb = 1,75 .Como es un base dbil y su concentracin es alta, podemos aplicar:

[OH-] = [OH-] = [OH-] = 1,323 si pOH = -log [OH-], entoncespOH = -(log 1,323 )pOH = -(-2,88)pOH = 2,883)Calculemos el pH de una solucin amortiguadora de acetato si las concentraciones decido y sal son 0,1 M respectivamente (pKa = 4,76).pH = pKa + log [Sal] / [cido]pH = pKa + log [0,1] / [0,1]pH = pKa = 4,76

Documents

Problem Ill as 2