Equilibrios ácido-base y equilibrios de solubilidad

Capítulo 16

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El efecto del ion común es el desplazamiento del equilibrio causado por la adición de un compuesto que tiene un ion común con la sustancia disuelta.

La presencia de un ion común suprime la ionización de un ácido débil o una base débil .

Considere la mezcla de CH3COONa (electrólito fuerte) y CH3COOH (ácido débil).

CH3COONa (s) Na+ (ac) + CH3COO- (ac)

CH3COOH (ac) H+ (ac) + CH3COO- (ac)

Ion común

16.2

Considere la mezcla de sal NaA y el ácido débil HA.

HA (ac) H+ (ac) + A- (ac)

NaA (s) Na+ (ac) + A- (ac)Ka =

[H+][A-][HA]

[H+] =Ka [HA]

[A-]

-log [H+] = -log Ka - log[HA]

[A-]

-log [H+] = -log Ka + log [A-][HA]

pH = pKa + log [A-][HA]

pKa = -log Ka

Ecuación de Henderson-Hasselbalch

16.2

pH = pKa + log[base conjugada]

[ácido]

¿Cuál es el pH de una disolución que contiene 0.30 M HCOOH y 0.52 M HCOOK?

HCOOH (ac) H+ (ac) + HCOO- (ac)

Inicial (M)

Cambio (M)

Equilibrio (M)

0.30 0.00

-x +x

0.30 - x

0.52

+x

x 0.52 + x

Efecto del ion común

0.30 – x ≈ 0.30

0.52 + x ≈ 0.52

pH = pKa + log [HCOO-][HCOOH]

HCOOH pKa = 3.77

pH = 3.77 + log[0.52][0.30]

= 4.01

16.2

¡Mezcla de ácido débil y base conjugada!

Una disolución amortiguadora es una disolución de:

1. Un ácido débil o una base débil y

2. La sal de un ácido débil o una base débil

¡Ambos deben estar presentes!

Una disolución amortiguadora tiene la habilidad de resistir los cambios en el pH en la adición de cantidades pequeñas de ácido o base.

16.3

Adicionar ácido fuerte

H+ (aq) + CH3COO- (ac) CH3COOH (ac)

Adicionar base fuerte

OH- (ac) + CH3COOH (ac) CH3COO- (ac) + H2O (l)

Considere una mezcla molar igual de CH3COOH y CH3COONa

¿Cuál de los sistemas siguientes son amortiguadores? (a) KF/HF (b) KBr/HBr, (c) Na2CO3/NaHCO3

(a) KF es un ácido débil y F- es una base conjugadadisolución amortiguadora

(b) HBr es un ácido fuertedisolución no amortiguadora

(c) CO32- es una base débil y HCO3

- es un ácido conjugadodisolución amortiguadora

16.3

= 9.20

Calcule el pH del sistema amortiguador 0.30 M NH3/0.36 M NH4Cl. ¿Cuál es el pH después de la adición de 20.0 mL de 0.050 M NaOH a 80.0 mL de la disolución amortiguadora?

NH4+ (aq) H+ (aq) + NH3 (aq)

pH = pKa + log[NH3][NH4

+]pKa = 9.25 pH = 9.25 + log

[0.30][0.36]

= 9.17

NH4+ (ac) + OH- (ac) H2O (l) + NH3 (ac)

principio (moles)

fin (moles)

0.029 0.001 0.024

0.028 0.0 0.025

pH = 9.25 + log[0.25][0.28]

[NH4+] =

0.0280.10

volumen final = 80.0 mL + 20.0 mL = 100 mL

[NH3] = 0.0250.10

16.3

Mantenimiento del pH de la sangre

16.3

Vaso capilar Vaso capilar

EritocitoEritocito EritocitoPulmonesTejidos

ValoracionesEn una valoración una disolución de concentración exactamente conocida se agrega gradualmente adicionando a otra disolución de concentración desconocida hasta que la reacción química entre las dos disoluciones está completa.

Punto de equivalencia: el punto en que la reacción está completa

Indicador: sustancia que cambia el color en (o cerca de) el punto de equivalencia

Despacio agregue la base al ácido desconocido

HASTA que el indicador cambia de color

(rosa) 4.7

Valoraciones ácido fuerte- base fuerte

NaOH (ac) + HCl (ac) H2O (l) + NaCl (ac)

OH- (ac) + H+ (ac) H2O (l)

0.10 M NaOH agrega a 25 mL de 0.10 M HCl

16.4Volumen de NaOH agregado(mL)

Punto de equivalencia

Volumen de NaOH agregado(mL9 pH

Valoraciones ácido débil- base fuerte

CH3COOH (ac) + NaOH (ac) CH3COONa (ac) + H2O (l)

CH3COOH (ac) + OH- (ac) CH3COO- (ac) + H2O (l)

CH3COO- (ac) + H2O (l) OH- (ac) + CH3COOH (ac)

En el punto de equivalencia (pH > 7):

16.4Volumen de NaOH agregado(mL)

Punto de

equivalencia

Volumen de NaOH agregado(mL9 pH

Valoraciones ácido fuerte-base débil

HCl (ac) + NH3 (ac) NH4Cl (ac)

NH4+ (ac) + H2O (l) NH3 (ac) + H+ (ac)

En el punto de equivalencia(pH < 7):

16.4

H+ (ac) + NH3 (ac) NH4Cl (ac)

Volumen de NaOH agregado(mL)

Punto de equivalencia

Volumen de NaOH agregado(mL9 pH

Exactamente 100 mL de 0.10 M HNO2 son valorados con una disolución de 0.10 M NaOH. ¿Cuál es el pH en el punto de equivalencia?

HNO2 (ac) + OH- (ac) NO2- (ac) + H2O (l)

principio (moles)

fin (moles)

0.01 0.01

0.0 0.0 0.01

NO2- (ac) + H2O (l) OH- (ac) + HNO2 (ac)

Inicial(M)

Cambio(M)

Equilibrio(M)

0.05 0.00

-x +x

0.05 - x

0.00

+x

x x

[NO2-] =

0.010.200 = 0.05 MVolumen final = 200 mL

Kb =[OH-][HNO2]

[NO2-]

=x2

0.05-x= 2.2 x 10-11

0.05 – x ≈ 0.05 x ≈ 1.05 x 10-6 = [OH-]

pOH = 5.98

pH = 14 – pOH = 8.02

Indicadores ácido-base

HIn (ac) H+ (ac) + In- (ac)

≥ 10[HIn]

[In-]Predomina el color del ácido (HIn)

≤ 10[HIn]

[In-]Predomina el color de la base conjugada (In-)

16.5

La curva de valoración de un ácido fuerte con una base fuerte.

16.5Volumen de NaOH agregado(mL)

Fenolftaleína

Rojo de metilo

¿Qué indicador(es) usaría para una valoración de HNO2 con KOH ?

El ácido débil valorado con la base fuerte.

En el punto de equivalencia tendrá base conjugada de ácido débil. En el punto de equivalencia, pH > 7

Use rojo de cresol o fenolftaleína

16.5

Equilibrios de solubilidad

16.6

AgCl (s) Ag+ (ac) + Cl- (ac)

Ksp = [Ag+][Cl-] Ksp es la constante del producto de solubilidad

MgF2 (s) Mg2+ (ac) + 2F- (ac) Kps = [Mg2+][F-]2

Ag2CO3 (s) 2Ag+ (ac) + CO32- (ac) Kps = [Ag+]2[CO3

2-]

Ca3(PO4)2 (s) 3Ca2+ (ac) + 2PO43- (ac) Kps = [Ca2+]3[PO3

3-]2

Disolución de un sólido iónico en disolución acuosa:

Q = Ksp Disolución saturada

Q < Ksp Disolución insaturada Ningún precipitado

Q > Ksp Disolución sobresaturada Formará precipitado

16.6

Solubilidad molar (mol/L) es el número de moles de soluto disuelto en 1 litro de una disolución saturada.

Solubilidad (g/L) es el número de gramos de soluto disuelto en 1 litro de una disolución saturada.

16.6

Solubilidaddel compuesto

Solubilidadmolardel compuesto

Concentraciones de cationesy aniones

Kp delcompuesto

Kp delcompuesto

Concentraciones de cationesy aniones

Solubilidadmolardel compuesto

Solubilidaddel compuesto

¿Cuál es la solubilidad del cloruro de plata en g/L?

AgCl (s) Ag+ (ac) + Cl- (ac)

Kps= [Ag+][Cl-]Inicial(M)

Cambio(M)

Equilibrio(M)

0.00

+s

0.00

+s

s s

Kps = s2

s = Ksp√s = 1.3 x 10-5

[Ag+] = 1.3 x 10-5 M [Cl-] = 1.3 x 10-5 M

Solubilidad de AgCl = 1.3 x 10-5 mol AgCl

1 L soln143.35 g AgCl

1 mol AgClx = 1.9 x 10-3 g/L

Kps = 1.6 x 10-10

16.6

16.6

Si 2.00 mL de 0.200 M NaOH son agregados a 1.00 L de 0.100 M CaCl2, ¿se formará precipitado?

16.6

Los iones presentes en la disolución son Na+, OH-, Ca2+, Cl-.

El único precipitado posible es Ca(OH)2 (reglas de solubilidad ).

Es Q > Kps para Ca(OH)2?

[Ca2+]0 = 0.100 M [OH-]0 = 4.0 x 10-4 M

Kps = [Ca2+][OH-]2 = 8.0 x 10-6

Q = [Ca2+]0[OH-]02 = 0.10 x (4.0 x 10-4)2 = 1.6 x 10-8

Q < Kps No formará precipitado

El efecto del ion común y la solubilidad

La presencia de un ion común disminuye la solubilidad de la sal.

¡Cuál es la solubilidad molar del AgBr en (a) agua pura y (b) 0.0010 M NaBr?

AgBr (s) Ag+ (ac) + Br- (ac)

Kps = 7.7 x 10-13

s2 = Kps

s = 8.8 x 10-7

NaBr (s) Na+ (ac) + Br- (ac)

[Br-] = 0.0010 M

AgBr (s) Ag+ (ac) + Br- (ac)

[Ag+] = s

[Br-] = 0.0010 + s ≈ 0.0010

Kps= 0.0010 x s

s = 7.7 x 10-10

16.8

El pH y la solubilidad

• La presencia de un ion común disminuye la solubilidad. • Las bases Insolubles disuelven en las disoluciones ácidas • Los ácidos Insolubles disuelven en las disoluciones básicas

Mg(OH)2 (s) Mg2+ (ac) + 2OH- (ac)

Kps = [Mg2+][OH-]2 = 1.2 x 10-11

Kps = (s)(2s)2 = 4s3

4s3 = 1.2 x 10-11

s = 1.4 x 10-4 M

[OH-] = 2s = 2.8 x 10-4 M

pOH = 3.55 pH = 10.45

Con pH menor que 10.45

Menor [OH-]

OH- (ac) + H+ (ac) H2O (l)

remove

Aumenta la solubilidad de Mg(OH)2

Con pH mayor que 10.45

Aumenta [OH-]

ad

Disminuye la solubilidad de Mg(OH)216.9

Equilibrio de ion complejo y solubilidad

Un ion complejo es un ion que contiene un ion metálico central enlazado a una o mas moléculas o iones.

Co2+ (ac) + 4Cl- (ac) CoCl4 (ac)2-

Kf =[CoCl4 ]

[Co2+][Cl-]4

2-

La constante de formación o constante de estabilidad (Kf) es la contante de equilibrio para la formación del ion complejo.

Co(H2O)62+ CoCl4

2-

16.10

Kfestabilidad

del complejo

16.10

16.11

Análisis

cualitativo de los

cationes

16.11

Precipitados de grupo 1

Precipitados de grupo 2

Precipitados de grupo3

Precipitados de grupo 4

Solución que contiene iones de todos los grupos de cationes

Solución que contiene iones de los grupos restantes

Solución que contiene iones de los grupos restantes

Solución que contiene iones de los grupos restantes

Solución que contiene iones Na+, K+, NH+

4

Filtración

Filtración

Filtración

Filtración

La prueba de la flama para cationes

litio sodio potasio cobre

16.11