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SOLUCIONES DE LOS EJERCICIOS DE ÁCIDOBASE 1.a) Cómo nos piden el ácido conjugado de cada especie, ellas actuarán como base: H + H 2 O+H 2 O H 3 O + + OH H 3 O + /H 2 O H 2 O/ OH H + HS +H 2 O H 2 S + OH H 2 S/ HS H 2 O/ OH H + HPO 4 2+H 2 O H 2 PO 4 + OH H 2 PO 4 /HPO 4 2H 2 O/ OH H + HSO 4 +H 2 O H 2 SO 4 + OH H 2 SO 4 / HSO 4 H 2 O/ OH Se han subrayado los ácidos conjugados. 2.a) El HClO 4 es un ácido fuerte, por lo tanto estará totalmente disociado en sus iones y la concentración de iones H 3 O + coincidirá con la concentración inicial del ácido: HClO 4 +H 2 O ClO 4 + H 3 O + pH= log[H 3 O + ]= log 0,25 0,25 M 0,25 M 0,25 M pH= 0,6 b) EL HCN es un ácido débil, por lo tanto no estará totalmente disociado y se establecerá un equilibrio entre él y sus iones: HCN + H 2 O CN + H 3 O + C. Inc.: 0,25 0 0 K a = [CN ][H 3 O + ] 410 10 =x x C. reac.: x x x [HCN] 0,25x C. equil.: 0,25x x x Como K a es muy pequeña y la Co no es alta, podemos hacer la aproximación de que x es muy pequeña comparada con la Co: x<< 0,25 0,25x 0,25 , por tanto: 410 10 =x 2 x= 10 10 · 4 · 25 , 0 x = 0,00001 M Como puede verse la aproximación 0,25 [H 3 O + ] = 0,00001 M es buena ya que 0,00001 << 0,25 Luego: pH= log[H 3 O + ]= log 0,00001 pH= 5 3.a) El NaOH es una base fuerte, por lo tanto estará totalmente disociada en sus iones y la concentración de iones OH coincidirá con la concentración inicial de la base: NaOH + H 2 O NaOH 2 + + OH pOH= log[OH ]= log 0,30 0,30 M 0,30 M 0,30 M pOH= 0,523 pH= 14 – pOH = 140,523 pH= 13,477

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SOLUCIONES DE LOS EJERCICIOS DE ÁCIDO‐BASE  1.‐  a) Cómo nos piden el ácido conjugado de cada especie, ellas actuarán como base:   H+ 

  H2O + H2O                     H3O+    +  OH‐                     H3O

+/ H2O           H2O/ OH‐ 

                    H+              HS‐  + H2O                     H2S    +  OH

‐                        H2S/ HS‐                        H2O/ OH

‐                     H+                                 HPO4

2‐  + H2O                     H2PO4‐    +  OH‐             H2PO4

‐/HPO42‐       H2O/ OH

‐    H+             HSO‐

4 + H2O                     H2SO4    +  OH‐                 H2SO4/ HSO4

‐              H2O/ OH‐ 

 Se han subrayado los ácidos conjugados.  2.‐ a) El HClO4 es un ácido fuerte, por lo tanto estará totalmente disociado en sus iones y la concentración de iones  H3O

+ coincidirá con la concentración inicial del ácido:    HClO4  +  H2O                         ClO4

‐  +   H3O+                      pH= ‐ log[H3O

+] = ‐log 0,25   0,25 M                                   0,25 M     0,25 M            

pH=  0,6   

b) EL HCN es un ácido débil, por  lo tanto no estará totalmente disociado y se establecerá un equilibrio entre él y sus iones: 

         HCN  +  H2O                   CN 

‐  +   H3O+   

C. Inc.:     0,25          ‐                      0             0              Ka= [CN‐][H3O

+]        4∙10‐10= x  ∙ x C. reac.:      x             ‐                         x             x                  [HCN]                         0,25‐x C. equil.:  0,25‐x       ‐                        x             x                                           Como Ka es muy pequeña y la Co no es alta, podemos hacer la aproximación de que x es muy  pequeña comparada con la Co:     x<< 0,25      0,25‐x ≈ 0,25  , por tanto:  

4∙10‐10=  x2            x =  1010·4·25,0 −    x = 0,00001 M             Como puede verse la aproximación  

             0,25                                        [H3O+] = 0,00001 M       es buena ya que   0,00001 << 0,25 

 Luego:  pH= ‐ log[H3O

+] = ‐log 0,00001    pH= 5  3.‐ a) El NaOH es una base fuerte, por lo tanto estará totalmente disociada en sus iones y la concentración de iones  OH‐ coincidirá con la concentración inicial de la base:    NaOH  +  H2O                         NaOH2

+  +   OH‐                      pOH= ‐ log[OH‐] = ‐log 0,30   0,30 M                                      0,30 M     0,30 M            

 pOH=  0,523    pH= 14 – pOH = 14‐0,523     pH= 13,477 

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b)   EL NH3 es una base débil, por  lo tanto no estará totalmente disociada y se establecerá un equilibrio entre ella y sus iones: 

         NH3    +  H2O                NH4 

+  +   OH‐   C. Inc.:     0,30          ‐                      0             0                Kb=    [NH4

+][OH‐]        1,8∙10‐5= x  ∙ x C. reac.:      x            ‐                      x             x                                  [NH3]                            0,30‐x C. equil.:  0,30‐x       ‐                      x             x                                           Como Kb es muy pequeña y la Co no es alta, podemos hacer la aproximación de que x es muy  pequeña comparada con la Co:     x<< 0,30      0,30‐x ≈ 0,30  , por tanto:  

1,8∙10‐5=  x2            x =  510·8,1·30,0 −    x = 0,0023 M             Como puede verse la aproximación  

               0,30                                        [OH‐] = 0,0023 M       es buena ya que   0,0023 << 0,25  Luego:  pOH= ‐ log[OH‐] = ‐log 0,0023    pOH= 2,63    pH= 14 – pOH = 14‐2,63   pH= 11,37  

 4.‐    CH3NH2   +   H2O                  CH3NH3

+  +   OH‐   C. Inc.:     0,2              ‐                          0                   0              Kb=     [CH3NH4

+][OH‐]        Kb= x  ∙ x C. reac.:      x              ‐                              x                   x                             [CH3NH2]                       0,2‐x C. equil.:  0,2‐x           ‐                             x                   x                                        El valor de x lo podemos obtener del pH, o mejor en este caso del pOH, ya que x es igual a la [OH‐]:  pOH= 14 –pH     pOH= 14‐ 11,96    pOH= 2,04      pOH= ‐ log[OH‐]         2,04= ‐log [OH‐]    [OH‐]= antilog (‐2,04)       [OH‐]= 0,0091 M  = x  Sustituyendo en la expresión de Kb:     Kb =      0,0091

2           Kb = 4,33∙10‐4 

                                                                       0,2 – 0,0091  5.‐ a) Mezclar 40 mL de HBr 0,1 M con 60 mL de HCl 0,025 M      Debemos ver cuantos moles hay de H3O

+ en cada recipiente y dividirlo por el volumen total para  tener  la  concentración  total de  iones H3O

+. Ambos  ácidos  son  fuertes  luego estarán  totalmente disociados en sus iones y la concentración de iones  H3O

+ coincidirá con la concentración inicial de cada ácido:  moles de H3O

+ en los 40 mL de HBr 0,1 M:   M= moles       moles = M ∙ Lds                    Lds                                                                                           moles H3O

+= 0,1∙ 0,04= 0,004 mol H3O+ 

 moles de H3O

+ en 60 mL de HCl 0,025 M:   moles = M ∙ Lds                                                                          moles H3O

+= 0,025∙ 0,06= 0,0015 mol H3O+

 

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Tenemos pues  0,004 + 0,0015= 0,0055 mol H3O+ en un volumen de 40 + 60= 100 mL de disolución, 

por lo tanto la molaridad de la mezcla será:    M= moles       M= 0,0055     M= 0,055 M            Lds                   0,1  Como  hemos  dicho  antes  para  un  ácido  fuerte  se  cumple  que  la  concentración  de  iones   H3O

+ coincidirá con la concentración del ácido:      HA  +  H2O                         A

‐     +    H3O+                      pH= ‐ log[H3O

+] = ‐log 0,055 0,055 M                                0,055 M   0,055 M            

pH=  1,26   b) disolver 2,90 g de KOH en agua hasta completar 520 mL de disolución    M=   g sol.         M=    2,90         M= 0,0996 M         Mm∙ Lds            56∙ 0,52  El KOH es una base fuerte, por lo tanto estará totalmente disociada en sus iones y la concentración de iones  OH‐ coincidirá con la concentración inicial de la base:    NaOH  +  H2O                         NaOH2

+  +   OH‐                      pOH= ‐ log[OH‐] = ‐log 0,0996   0,0996 M                                 0,0996 M     0,0996 M            

 pOH=  1    pH= 14 – pOH = 14‐1     pH= 13  6.‐    a)  El  KBr  es  una  sal  que  proviene  de  un  ácido  fuerte  (HBr)  y  una  base  fuerte  (KOH).Los conjugados de ácidos y bases  fuertes  son muy débiles para  reaccionar  con el agua donde están disueltos, por este motivo ninguno de  los dos  iones procedentes de  la sal darán  lugar a hidrólisis (reaccionar con el agua). Por lo tanto la disolución es neutra.  b)                 Na+ procede del NaOH que es base fuerte, luego Na+ es ácido muy débil y no se hidroliza. NaNO2                       NO2ˉ  procede del HNO2 que es débil, luego NO2ˉ es base débil y se hidroliza.     NO2ˉ  + H2O                   HNO2  + OHˉ      La disolución es básica ya que se producen iones                                                                                         OH‐ en la hidrólisis.  c)                    Iˉ  procede del HI que es fuerte, luego Iˉ es base muy débil y no se hidroliza   NH4I                       NH4

+ procede del NH3 que es base débil, luego NH4+ es ácido débil y se hidroliza dando: 

  NH4

+ + H2O                 NH3 + H3O+    la disolución es ácida ya que se producen iones H3O

+ en la     hidrólisis. 

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d)                  NH4

+ procede del NH3 que es base débil, luego NH4+ es ácido débil y se hidroliza.  

NH4CN                       CNˉ  procede del HCN que es ácido débil, luego CNˉ es base débil y se hidroliza.                                                                                           NH4

+ + H2O                 NH3 + H3O+                 CNˉ  + H2O                    HCN  + OHˉ     

 como Ka HCN= 4,0 ∙10

‐10  y  K b NH3= 1,8∙10‐5   utilizando   Kw= Ka∙ K b 

  Kb CNˉ = Kw       = 10

‐14           Kb CNˉ = 2,5∙10‐5  ;   Ka NH4

+= Kw       =   10‐14        Ka NH4

+= 5,5 ∙10‐10 

                 KaHCN    4,0 ∙10‐10                                                    Kb  NH3    1,8 ∙10

‐5  Se observa que el CNˉ  tiene una constante mayor que la del NH4

+, por lo tanto tendrá mayor fuerza como base que el amonio como ácido, es decir, se obtendrá menos H3O

+ que OHˉ,  la disolución  será básica.  

7) a)  Kb NH3= 1,8∙10‐5   utilizando   Kw= Ka∙ K b       Ka NH4

+= Kw       =   10‐14        Ka NH4

+= 5,5 ∙10‐10 

                                                                                          Kb NH3     1,8 ∙10‐5 

  b)  )             Clˉ  procede del HCl que es fuerte, luego Clˉ es base muy débil y no se hidroliza   NH4Cl                       NH4

+ procede del NH3 que es base débil, luego NH4+ es ácido débil y se hidroliza dando: 

  NH4

+ + H2O                NH3 + H3O+    la disolución es ácida ya que se producen iones H3O

+ en la       hidrólisis.   Suponiendo que toda la sal se disuelva habrá:   NH4Cl               NH4

+  +   Clˉ           0,2 M                0,2 M      0,2 M                   NH4

+ + H2O                   NH3 + H3O+ 

C. Inc.:     0,2        ‐                       0             0             Ka NH4+=  [NH3][H3O

+]        5,5∙10‐10= x  ∙ x C. reac.:      x         ‐                        x              x                                [NH4

+]                                0,2‐x C. equil.:  0,2‐x      ‐                      x              x  Como Ka es muy pequeña y la Co no es alta, podemos hacer la aproximación de que x es muy  pequeña comparada con la Co:     x<< 0,2      0,2‐x ≈ 0,2  , por tanto:  

5,5∙10‐10=  x2            x =  1010·5,5·2,0 −    x = 0,0000105 M      Como puede verse la aproximación  

                   0,2                                        [H3O+] = 0,0000105 M     es buena ya que   0,00001 << 0,25 

 Luego:  pH= ‐ log[H3O

+] = ‐log 0,0000105    pH= 4,98  α= Conc. reac.  =  x   = 0,0000105 = 0,0000525      Conc. inicial   0,2            0,2 

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8.‐ a) Las disoluciones  reguladoras están  formadas por un ácido débil y una sal de dicho ácido o bien por una base débil y una sal de dicha base.                            CH3COONa                CH3COO

‐ + Na+  La sal se disuelve toda y se cumple: [CH3COONa]=[CH3COO‐] 

 CH3COOH + H2O    CH3COO

‐  +  H3O+ 

 El  CH3COO

‐  procedente  de  la  sal  provoca  que  el  equilibrio  del  ácido  esté  desplazado  hacia  la izquierda y por lo tanto la [CH3COO

‐]  será igual a la que proviene de la sal.   Teniendo en cuenta la expresión de la Ka para este ácido:  Ka= [CH3COO

‐] ∙ [H3O+]      lamando a la [CH3COO

‐]= Cb   y  [CH3COOH]= Ca    despejamos [H3O+]: 

             [CH3COOH]  [H3O

+]= ka ∙  Ca           tomamos logaritmo decimal y cambiamos de signo: ‐ log[H3O+]= ‐log ka ∙  Ca 

                 Cb                Cb O lo que es lo mismo:   pH= ‐log  ka ∙  Ca                                                          Cb  En nuestro caso:  pH= ‐log   1,8∙10‐5 ∙ 0,3           pH= ‐log 1,8∙10‐5     pH= 4,745                                                     0,3  b)  Si  añadimos  4 mL  de HCl  0,5 M  habremos  añadido  0,002 moles  de HCl  que  serán  iguales  a         0,002 moles de H3O

+ por ser un ácido fuerte. El equilibrio se desplazará hacia la izquierda según el principio  de  Le  Châtelier    reaccionando  con  la  misma  cantidad  de  CH3COO

‐  para  mantener constante  la  [H3O

+]  y  se  obtendrán  los  mismos  moles  de  CH3COOH.  Según  esto  las  nuevas concentraciones de [CH3COO

‐] y de [CH3COOH] serán:  Teníamos inicialmente en 1 L de disolución:  0,3 moles de [CH3COO

‐] y de [CH3COOH]  [CH3COO

‐]= 0,3‐0,002 = 0,298 M= Cb                           1                                     pH= ‐log   1,8∙10‐5 ∙ 0,302      pH= ‐log 1,824∙10‐5    pH= 4,734 [CH3COOH]= 0,3+0,002 = 0,302 M=Ca                               0,298    1 Si añadimos 4 mL de NaOH 0,5 M habremos añadido 0,002 moles de NaOH que  serán  iguales a         0,002 moles  de OH‐  por  ser  una  base  fuerte.  Al  reaccionar  con  la misma  cantidad  de H3O

+    el equilibrio  se  desplazará  hacia  la  derecha  según  el  principio  de  Le  Châtelier    para  mantener constante  la  [H3O

+]  y  se  obtendrán  los  mismos  moles  de  CH3COO‐.  Según  esto  las  nuevas 

concentraciones de [CH3COO‐] y de [CH3COOH] serán: 

 [CH3COO

‐]= 0,3+0,002 = 0,302 M= Cb    

                          1                                     pH= ‐log   1,8∙10‐5 ∙ 0,298      pH= ‐log 1,776∙10‐5    pH= 4,751 [CH3COOH]= 0,3‐0,002 = 0,298 M=Ca                               0,302    1   

H2O 

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9.‐  a)  40,0 mL de HBr 0,048 M   necesita los siguientes ml de disolución de NaOH 0,52 M:   En el punto de equivalencia o neutralización se cumple que:  moles de [H3O

+]  = moles de [OH‐]  Como el ácido y la base son fuertes se disocian en su totalidad y los moles de ácido coincidirán con los de H3O

+  y los de base coincidirán con los de OH‐:  Moles H3O

+= M∙ Lds  = 0,048∙ 0,04 = 0,00192 mol H3O+ , aplicando: 

 moles de [H3O

+]  = moles de [OH‐]= 0,00192 mol OH‐    y el volumen de base gastado será:   Lds= Moles OH‐  =  0,00192     = 0,0369  L de NaOH= 36,9 mL de NaOH           Mbase               0,052   b) 32,0 mL de H2SO4 0,022 M  necesita los siguientes ml de disolución de NaOH 0,052 M:   En el punto de equivalencia o neutralización se cumple que: moles de [H3O

+]  = moles de [OH‐]  Ahora el ácido fuerte tiene dos protones, suponiendo que  ceda los dos la concentración de H3O

+  será doble que la del ácido: H2SO4  +  2 H2O                                   SO4

2‐   +   2 H3O+ 

0,022 M                                                    2∙ 0,022= 0,044 M  Moles H3O

+= M∙ Lds  = 0,044∙ 0,032 = 0,00104 mol H3O+ , aplicando: 

 moles de [H3O

+]  = moles de [OH‐]= 0,00104 mol OH‐    y el volumen de base gastado será:   Lds= Moles OH‐  =  0,00104    = 0,027  L de NaOH =27,0 mL de NaOH            Mbase              0,052    c) 25,0 mL de HNO3 0,026 M necesita los siguientes ml de disolución de NaOH 0,052 M:      En el punto de equivalencia o neutralización se cumple que: moles de [H3O

+]  = moles de [OH‐]  Como el ácido y la base son fuertes se disocian en su totalidad y los moles de ácido coincidirán con los de H3O

+  y los de base coincidirán con los de OH‐:  Moles H3O

+= M∙ Lds  = 0,026∙ 0,025 = 0,00065 mol H3O+ , aplicando: 

 moles de [H3O

+]  = moles de [OH‐]= 0,00065 mol OH‐    y el volumen de base gastado será:   Lds= Moles OH‐  =  0,00065     = 0,0125  L de NaOH=12,5 mL de NaOH           Mbase              0,052   

Page 7: SOLUCIONES DE LOS EJERCICIOS DE ÁCIDO BASE 1. a) H · PDF fileSOLUCIONES DE LOS EJERCICIOS ... CNˉ procede del HCN que es ácido débil, luego CNˉ es base débil y se hidroliza

10.‐ a) 25 mL de NaOH 0,12 M  con 30,0 mL de HNO3 0,12 M  Moles de H3O

+=  M∙ Lds =  0,12∙ 0,03= 0,0036 mol de H3O+   

 Moles de OH‐=  M∙ Lds =  0,12∙ 0,025= 0,003 mol de OH‐ Como hay más moles de H3O

+, de este sobrarán 0.0006 mol que no se neutraliza con el OH‐ y nos quedará una disolución ácida.  [H3O

+]= moles  = 0,0006       [H3O+]= 0,0109 M      pH= ‐ log[H3O

+]= ‐log 0.0109   pH= 1,96                  Lds         0,055    b) 25 mL de NaOH 0,12 M  con 20,0 mL de HNO3 0,12 M  Al reaccionar el ácido fuerte con la base fuerte se neutralizan las propiedades de ambos, es decir, cada mol de H3O

+ (procedente del ácido) se neutraliza con otro de OH‐ (procedente de la base). Veamos cuantos moles hay de cada uno de los iones:  Moles de H3O

+=  M∙ Lds =  0,12∙ 0,02= 0,0024 mol de H3O+ 

 Moles de OH‐=  M∙ Lds =  0,12∙ 0,025= 0,003 mol de OH‐  Como hay más moles de OH‐, de este sobrarán 0,0006 moles que no se neutraliza con el H3O

+ y nos quedará una disolución básica.  Moles de OH‐ que sobran=   0,003 ‐ 0,0024 = 0,0006 moles de OH‐ contenidos en un volumen de 25+20 = 45 mL, es decir; 0,045 L, por lo tanto la molaridad de estos iones será:  [OH‐]= moles  = 0,0006       [OH‐]= 0,0133 M      pOH= ‐ log[OH‐]= ‐log 0.0133   pOH= 1,87               Lds          0,045                                                                                pH= 14 – pOH= 14 – 1,87      pH= 12,13  c) 25 mL de NaOH 0,12 M  con 50,0 mL de HNO3 0,06 M.    Al reaccionar el ácido fuerte con la base fuerte se neutralizan las propiedades de ambos, es decir, cada mol de H3O

+ (procedente del ácido) se neutraliza con otro de OH‐ (procedente de la base). Veamos cuantos moles hay de cada uno de los iones:  Moles de H3O

+=  M∙ Lds =  0,06∙ 0,05= 0,003 mol de H3O+ 

 Moles de OH‐=  M∙ Lds =  0,12∙ 0,025= 0,003 mol de OH‐  Como hay el mismo nº de moles de cada ion se neutraliza todo y la disolución resultante es neutra.