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FÍSICA Y QUÍMICAFÍSICA Y QUÍMICAFÍSICA Y QUÍMICAFÍSICA Y QUÍMICA COLEGIO ALCASTE

ÁCIDO-BASE

Cálculo del pH y constantes de acidez y basicidad

1. En un laboratorio se dispone de cinco matraces que contiene cada uno de ellos disoluciones de las que se tiene la siguiente información: 1º) pH = 7; 2º) [H3O

+] = 10–3; 3º) pOH = 2; 4º) [OH–] = 10–6; 5º) pH = 1. Ordena dichos matraces de ma-yor a menor acidez.

2. Calcula el pH de las siguientes disoluciones. a) 250 ml de HCl 0,1 M; b) 250 ml de HOCl 0,1 M si su Ka = 3,2 · 10–8 M.

3. Calcular el pH de una disolución 0,1 M de NH3, sabiendo que Kb = 1,8 · 10–5.

4. Calcula el pH y la concentración de todas las especies presentes en una disolución

5. A 25ºC una disolución 0,1 M de amoniaco tiene un pH de 11,12. Determina la constante de basicidad del amoniaco y la de acidez del ion amonio.

6. a) A un estudiante de química le piden la concentración de ácido láctico, HC3H5O3, en un vaso de leche. Para ello determina la concentración de iones hidronio obteniendo como resultado 3,09 · 10–3 M. ¿Qué valor debería dar?

b) Le dicen que el pH de una taza de café es 5,12. ¿Cuál será la concentración de iones hidronio en el café?

Datos: Considera que la leche es una disolución acuosa, que toda su acidez se debe al ácido láctico y que éste es un ácido monoprótico. Ka (ácido láctico) = 1,40 · 10–4.

Cálculo de grado de disociación, concentraciones.

7. En 500 ml de agua se disuelven 3 g de ácido acético. Calcula: a) el pH de la disolución resultante; b) el porcentaje de ácido acético disociado. Mat: C=12; O=16; H=1. Ka = 1,8 · 10–5.

8. La constante del ácido cianhídrico (HCN) es 4,9·10-10 a 25 °C; a) ¿cuál es la concentración de H3O

+ de una disolución acuosa 1,2·10-2 M del ácido a dicha temperatura; b) su grado de ionización.

9. Se sabe que 100 ml de una disolución de ácido oxoclorico (I) (hipocloroso) que contiene 1,05 gramos, tiene un pH de 4,1. Calcula: a) La constante de disociación del ácido. b) El grado de disociación. Masas atómicas: Cl: 35,5; O: 16; H: 1.

10. El pH de una disolución acuosa de ácido acético es 2,9. Calcular la molaridad y el grado de disociación del ácido acético en dicha disolución. pKa = 4,74.

11. Una disolución 10–2 M de ácido benzoico presenta un grado de disociación del 8,15 %. Determina: la constante de ionización del ácido, el pH de la disolución y la concentración del ácido benzoico sin ionizar en el equilibrio.

12. Calcula el pH y la molaridad de cada especie química presente en el equilibrio de ionización del amoniaco 0,15 M. Kb(:NH3) = 1,8 x 10–5.

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SOLUCIONES (ácido-base)

1. 5º > 2º > 1º > 4º > 3º.

2. a) El HCl es un ácido fuerte por lo que está totalmente disociado según:

HCl + H2O → Cl– + H3O+

por lo que [H3O+] = [HCl]0;

pH = –log [H3O+] = –log 0,1 = 1

b) HClO + H2O � ClO– + H3O

+; 3,2 · 10

-8 M ≅ 0,1 M·α

2 ⇒ α = 5,66·10

–4

[H3O+] = 0,1 M ·5,66·10–4 = 5,66·10–5 M;

pH = –log [H3O+] = –log 5,66·10–5 = 4,25.

3. Equilibrio: NH3 (g) + H2O (l) � NH4+ + OH

–;

c0 (mol/l) 0,1 0 0

ceq (mol/l) 0,1(1–α) 0,1α 0,1α

[NH4+]·[OH

–] 0,1α

2

1,8 · 10–5

= ––––––––––– = ––––– ≅ 0,1α2 ⇒ α = 0,013

[NH3] 1–α

[OH–] = 0,1 M · 0,013 = 1,34·10–3 M

10–14

M2

[H3O+] = ––––––––––– = 7,45 · 10–12 M ⇒ pH = –log 7,45 · 10–12 = 11,13

1,34·10–3 M

4. El hidróxido de calcio es una base fuerte que se encuentra totalmente disociada:

Ca(OH)2 → Ca2+ + 2 OH–.

[Ca(OH)2] = 0, [Ca2+] = 10–2 M y [OH–] = .2·10–2 M

10–14

M2

[H3O+] = –––––––– = 5 · 10–13 M ⇒ pH = –log 5 · 10–13 = 12,30

2·10–2 M

5. pOH = 14 – 11,12 = 2,88 ⇒ [OH–] = 1,32 · 10

–3 M

Equilibrio: NH3 (g) + H2O (l) � NH4+ + OH–;

c0 (mol/l) 0,1 0 0

ceq (mol/l) 0,1–1,32·10–3 1,32·10–3 1,32·10–3

[NH4+]·[OH

–] (1,32·10

–3 M)

2

Kb = ––––––––––– = ––––––––––––––– = 1,76 · 10–5

M [NH3] (0,1– 1,32·10

–3) M

KW 10–14

M2

Ka(NH4+)

= ––––––– = –––––––––––– = 5,68 · 10

–10 M

Kb(NH3) 1,76 · 10–5

M

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6. a) Equilibrio: HC3H5O3 + H2O � C3H5O3– + H3O

+;

ceq (mol/l) c0 –3,09·10–3

3,09·10–3

3,09·10–3

[C3H5O3–]·[H3O

+] (3,09·10

–3 M)

2

1,40·10–4 = –––––––––––––– = –––––––––––––– ⇒ c0 = 0,065 M [HC3H5O3] (c0 –3,09·10–3) M

b) [H3O+] = 10–5,12 M = 7,59 · 10

–6 M

7. a) Equilibrio: CH3COOH + H2O � CH3COO

– + H3O

+;

n0(mol) 3/60 0 0

c0 (mol/l) 0,05/0,5 0 0

ceq (mol/l) 0,1(1–α) 0,1α 0,1α

[CH3COO–]·[H3O

+] 0,1α

2

1,8 · 10–5 = –––––––––––––––– = ––––– ≅ 0,1α2

[CH3COOH] 1–α

De donde: α = 0,0134; [H3O+] = 0,1 M · 0,0134 = 1,34 · 10–3 M ⇒ pH = 2,87

b) % disociado = 100·α = 1,34 %.

8. Equilibrio: HCN + H2O � CN– + H3O

+;

c0 (mol/l) 1,2·10-2

0 0

ceq (mol/l) 1,2·10-2

(1–α) 1,2·10-2

α 1,2·10-2

α

[CN–]·[H3O+] 1,2·10-2

α2

4,9·10-10

= –––––––––––– = ––––––– ≅ 1,2·10-2

α2

[HCN] 1–α

De donde: αααα = 2,02·10–4

; [H3O+] = 1,2·10-2 M · 0,0134 = 2,42 · 10

–6 M

9. [H3O

+] = 10–4,1 M = 7,94·10–5 M

Equilibrio: HClO + H2O � ClO– + H3O

+;

n0(mol) 1,05/52,5 0 0

c0 (mol/l) 0,02/0,1 0 0

ceq (mol/l) 0,2 –7,94·10–5 7,94·10–5 7,94·10–5

[ClO–]·[H3O+] (7,94·10–5 M)2

Ka = –––––––––––– ≅ ––––––––––– = 3,15·10-8

M [HClO] 0,2 M

b) [H3O+] = 7,94·10–5 = 0,2 M ·α ⇒ αααα = 3,97·10

–4

[H3O+] = 10

–2,9 M = 1,26·10

–3 M

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10. Ka = 10–4,74

= 1,82·10–5

Equilibrio: CH3COOH + H2O � CH3COO– + H3O

+;

c0 (mol/l) c0 0 0

ceq (mol/l) c0 – 1,26·10–3

1,26·10–3

1,26·10–3

[CH3COO–]·[H3O

+] (1,26·10

–3 M)

2

1,82 · 10–5 = –––––––––––––––– = –––––––––––– [CH3COOH] c0 – 1,26·10–3

De donde: [CH3COOH]0 = 8,85·10–2

M

[H3O+] = 8,85·10

–2 M · α = 1,26·10

–3 M ⇒ αααα = 0,0142.

11. Equilibrio: C6H5COOH + H2O � C6H5COO– + H3O

+;

c0 (mol/l) 0,01 0 0

ceq (mol/l) 0,01(1–0,0815) 0,01· 0,0815 0,01· 0,0815

[C6H5COO–]·[H3O+] (8,15·10–4 M)2

Ka = –––––––––––––––– = –––––––––––– = 0,177 M [C6H5COOH] 9,185·10–3 M

pH = –log [H3O+] = –log 8,15·10–4 M = 3,09

12. Equilibrio: NH3(ac) + H2O (l) � NH4

+ + OH

–;

c0 (mol/l) 0,15 0 0

ceq (mol/l) 0,15(1–α) 0,15α 0,15α

[NH4+]·[OH

–] 0,15 α

2

1,8 · 10–5 = ––––––––––– = –––––– ≅ 0,15 α2 ⇒ α = 0,011 [NH3] 1–α

[NH4+] = [OH–] = 0,15 M · 0,011 = 1,65·10

–3 M

[NH3] = 0,15(1–0,011) = 0,148 M

10–14 M2 [H3O

+] = ––––––––––– = 6,06 · 10–12 M ⇒ pH = –log 6,06 · 10–12 = 11,22 1,65·10

–3 M