Ejercicio resuelto de Ácido-Base · Química · 2023

5. a) Escriba los procesos ácido-base (disociación, hidrólisis) que tienen lugar al disolver las siguientes sustancias en agua, indicando adecuadamente si se trata o no de un equilibrio, y cómo será el pH de la disolución resultante (neutro, ácido o básico): i) NaOH; ii) HCl; iii) $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$; iv) NaCl; v) $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4\mathrm{C}\mathrm{l}$. (1,60 p)
b) Indique cuál de las disoluciones anteriores será más ácida, y cuál más básica (suponiendo que se parte de cantidades equimolares de las sustancias). (0,40 p) Datos: $K_b(\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3)=\mathrm{1,8}\cdot {10}^{-5}$

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Escriba}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{procesos}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cido-base}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{tienen}}\mathbf{\text{lugar}}\mathbf{\text{al}}\mathbf{\text{disolver}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{siguientes}}\mathbf{\text{sustancias}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{agua,}}\mathbf{\text{indicando}}\mathbf{\text{si}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{trata}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{no}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{equilibrio,}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{c}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mo}}\mathbf{\text{ser}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{pH}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{disoluci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{resultante.}}\mathbf{\text{(1,60}}\mathbf{\text{p)}}$

$\mathbf{\text{i)}}\mathbf{\text{NaOH}}$. Es una base fuerte: se disocia por completo, así que no es un equilibrio y se escribe con flecha simple.

$\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}(\mathrm{a}\mathrm{c})\to \mathrm{N}{\mathrm{a}}^{+}(\mathrm{a}\mathrm{c})+\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}(\mathrm{a}\mathrm{c})$

pH $\mathbf{\text{b}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{sico}}$.

$\mathbf{\text{ii)}}\mathbf{\text{HCl}}$. Es un ácido fuerte y también está totalmente disociado; no es un equilibrio.

$\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}(\mathrm{a}\mathrm{c})+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}(\mathrm{l})\to \mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}(\mathrm{a}\mathrm{c})+{\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+}(\mathrm{a}\mathrm{c})$

pH $\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cido}}$.

${\mathbf{\text{iii)}}\mathbf{\text{NH}}}_3$. Es una base débil: capta un protón del agua solo en parte, de modo que $\mathbf{\text{s}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}$ es un equilibrio.

$\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3(\mathrm{a}\mathrm{c})+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}(\mathrm{l})\rightleftharpoons \mathrm{N}{\mathrm{H}}_4^{+}(\mathrm{a}\mathrm{c})+\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}(\mathrm{a}\mathrm{c})$

pH $\mathbf{\text{b}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{sico}}$.

$\mathbf{\text{iv)}}\mathbf{\text{NaCl}}$. Es una sal soluble y se disocia por completo:

$\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{l}(\mathrm{a}\mathrm{c})\to \mathrm{N}{\mathrm{a}}^{+}(\mathrm{a}\mathrm{c})+\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}(\mathrm{a}\mathrm{c})$

Ninguno de los dos iones se hidroliza: el $\mathrm{N}{\mathrm{a}}^{+}$ procede de una base fuerte y el $\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$ de un ácido fuerte, así que son bases y ácidos conjugados despreciables. No hay ningún equilibrio adicional y el pH es $\mathbf{\text{neutro}}$.

${\mathbf{\text{v)}}\mathbf{\text{NH}}}_4\mathbf{\text{Cl}}$. La sal se disocia por completo, pero uno de sus iones sí reacciona después:

$\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4\mathrm{C}\mathrm{l}(\mathrm{a}\mathrm{c})\to \mathrm{N}{\mathrm{H}}_4^{+}(\mathrm{a}\mathrm{c})+\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}(\mathrm{a}\mathrm{c})$

$\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4^{+}(\mathrm{a}\mathrm{c})+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}(\mathrm{l})\rightleftharpoons \mathrm{N}{\mathrm{H}}_3(\mathrm{a}\mathrm{c})+{\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+}(\mathrm{a}\mathrm{c})$

El amonio es el ácido conjugado de una base débil, y esa hidrólisis —que sí es un equilibrio— libera protones. pH $\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cido}}$.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Indique}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{disoluciones}}\mathbf{\text{anteriores}}\mathbf{\text{ser}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{s}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cida,}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{s}}\mathbf{\text{b}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{sica.}}\mathbf{\text{(0,40}}\mathbf{\text{p)}}$

Partiendo de cantidades equimolares, lo que decide es el grado de disociación.

La más ácida es la de $\mathbf{\text{HCl}}$: al ser un ácido fuerte libera todos sus protones, mientras que el $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4\mathrm{C}\mathrm{l}$ solo produce los pocos que da una hidrólisis con constante $K_a=K_w\mathrm{/}{K}_b=\mathrm{5,6}\cdot {10}^{-10}$.

La más básica es la de $\mathbf{\text{NaOH}}$: libera todos sus hidroxilos, frente al amoníaco, que con $K_b=\mathrm{1,8}\cdot {10}^{-5}$ apenas se disocia.