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) $\mathrm{NH_3}$; iv) NaCl; v) $\mathrm{NH_4Cl}$. (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: $K_b(\mathrm{NH_3}) = 1{,}8\cdot 10^{-5}$

$\textbf{a) Escriba los procesos ácido-base que tienen lugar al disolver las siguientes sustancias en agua, indicando si se trata o no de un equilibrio, y cómo será el pH de la disolución resultante. (1{,}60 p)}$

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

$\mathrm{NaOH(ac)} \rightarrow \mathrm{Na^+(ac)} + \mathrm{OH^-(ac)}$

pH $\textbf{básico}$.

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

$\mathrm{HCl(ac)} + \mathrm{H_2O(l)} \rightarrow \mathrm{Cl^-(ac)} + \mathrm{H_3O^+(ac)}$

pH $\textbf{ácido}$.

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

$\mathrm{NH_3(ac)} + \mathrm{H_2O(l)} \rightleftharpoons \mathrm{NH_4^+(ac)} + \mathrm{OH^-(ac)}$

pH $\textbf{básico}$.

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

$\mathrm{NaCl(ac)} \rightarrow \mathrm{Na^+(ac)} + \mathrm{Cl^-(ac)}$

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

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

$\mathrm{NH_4Cl(ac)} \rightarrow \mathrm{NH_4^+(ac)} + \mathrm{Cl^-(ac)}$

$\mathrm{NH_4^+(ac)} + \mathrm{H_2O(l)} \rightleftharpoons \mathrm{NH_3(ac)} + \mathrm{H_3O^+(ac)}$

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

$\textbf{b) Indique cuál de las disoluciones anteriores será más ácida, y cuál más básica. (0{,}40 p)}$

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

La más ácida es la de $\textbf{HCl}$: al ser un ácido fuerte libera todos sus protones, mientras que el $\mathrm{NH_4Cl}$ solo produce los pocos que da una hidrólisis con constante $K_a = K_w/K_b = 5{,}6 \cdot 10^{-10}$.

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