Ejercicio resuelto de Ácido-Base · Química · 2021

6. Se dispone de disoluciones 1 M de las siguientes sustancias: NaCl, $\mathrm{CH_3COOH}$, $\mathrm{CH_3COONa}$, $\mathrm{NH_3}$ y $\mathrm{NH_4Cl}$. Razone si dichas disoluciones serán ácidas, básicas o neutras, y ordénelas en orden creciente de su pH, justificando su respuesta (no es necesario calcular los valores de pH). (2,0 p)
Datos: $K_a(\mathrm{CH_3COOH}) = K_b(\mathrm{NH_3}) = 1.8\cdot 10^{-5}$; $K_w = 1\cdot 10^{-14}$

$\textbf{Razone si dichas disoluciones serán ácidas, básicas o neutras, y ordénelas en orden creciente de su pH. (2{,}0 p)}$

Todas las sales están totalmente disociadas; lo que decide el carácter de cada disolución es si alguno de sus iones se hidroliza.

$\textbf{NaCl}$. Sus iones proceden de una base fuerte, el NaOH, y de un ácido fuerte, el HCl, de modo que ni el $\mathrm{Na^+}$ ni el $\mathrm{Cl^-}$ reaccionan con el agua. La disolución es $\textbf{neutra}$.

$\textbf{CH}_3\textbf{COOH}$. Es un ácido débil que cede protones al agua, así que la disolución es $\textbf{ácida}$:

$\mathrm{CH_3COOH} + \mathrm{H_2O} \rightleftharpoons \mathrm{CH_3COO^-} + \mathrm{H_3O^+} \qquad K_a = 1{,}8 \cdot 10^{-5}$

$\textbf{NH}_4\textbf{Cl}$. El cloruro no se hidroliza, pero el amonio sí, porque es el ácido conjugado de una base débil. La disolución es $\textbf{ácida}$:

$\mathrm{NH_4^+} + \mathrm{H_2O} \rightleftharpoons \mathrm{NH_3} + \mathrm{H_3O^+}$

$\textbf{NH}_3$. Es una base débil que capta protones del agua: disolución $\textbf{básica}$, con $K_b = 1{,}8 \cdot 10^{-5}$.

$\textbf{CH}_3\textbf{COONa}$. El sodio no se hidroliza, pero el acetato sí, por ser la base conjugada de un ácido débil. La disolución es $\textbf{básica}$:

$\mathrm{CH_3COO^-} + \mathrm{H_2O} \rightleftharpoons \mathrm{CH_3COOH} + \mathrm{OH^-}$

Para ordenarlas hay que comparar las dos ácidas entre sí y las dos básicas entre sí, y para eso hacen falta las constantes de los iones, que se obtienen del producto iónico del agua:

$K_a(\mathrm{NH_4^+}) = K_b(\mathrm{CH_3COO^-}) = \frac{K_w}{1{,}8 \cdot 10^{-5}} = 5{,}6 \cdot 10^{-10}$

El ácido acético, con $K_a = 1{,}8 \cdot 10^{-5}$, es mucho más ácido que el amonio; y el amoníaco, con $K_b = 1{,}8 \cdot 10^{-5}$, mucho más básico que el acetato. Por tanto:

$\mathrm{CH_3COOH} < \mathrm{NH_4Cl} < \mathrm{NaCl} < \mathrm{CH_3COONa} < \mathrm{NH_3}$

La simetría del resultado no es casual: como $K_a(\mathrm{CH_3COOH}) = K_b(\mathrm{NH_3})$, las cuatro disoluciones se reparten simétricamente en torno al pH neutro del NaCl.