Ejercicio resuelto de Estequiometría · Química · 2025

3B El $\mathrm{NaHCO_3}$ se utiliza en extintores de incendios, pues se transforma fácilmente en $\mathrm{H_2CO_3}$ que, a su vez, se descompone liberando una densa nube de $\mathrm{CO_2}$, que desplaza al $\mathrm{O_2}$ en las proximidades del fuego, sofocándolo. Esta reacción se puede recrear en un experimento casero, mezclando en una botella de plástico (con un orificio de salida), $\mathrm{NaHCO_3}$ y vinagre (disolución acuosa de $\mathrm{CH_3COOH}$):
$\begin{array}{ccccccc} \mathrm{NaHCO_3} & + & \mathrm{CH_3COOH} & \longrightarrow & \mathrm{H_2CO_3} & + & \mathrm{CH_3COONa} \\ & & & & \downarrow & & \\ & & & & \mathrm{CO_2\ +\ H_2O} & & \end{array}$

a) Nombre los compuestos $\mathrm{NaHCO_3}$ y $\mathrm{CH_3COOH}$ e indique cuál de ellos está actuando como un ácido y cuál como una base, en la primera reacción. (0,40 p)
b) Según la etiqueta de un vinagre casero comercial, su concentración es de 6º (grados acéticos), que equivale a 6 g de $\mathrm{CH_3COOH}$ en 100 mL de agua. ¿Qué volumen de este vinagre será necesario para reaccionar completamente con 20 g de $\mathrm{NaHCO_3}$? (0,60 p)
c) Si un extintor comercial contiene 6 kg de $\mathrm{NaHCO_3}$ y se usa completamente para extinguir un fuego, calcule el volumen de $\mathrm{CO_2\ (g)}$ que se generará, a presión atmosférica, suponiendo que la temperatura que se alcanza en la llama es de 1000ºC. (0,60 p)
d) En la reacción del enunciado se forma $\mathrm{CH_3COONa}$. Sabiendo que el $\mathrm{CH_3COOH}$ es un ácido débil, explique brevemente si una disolución de $\mathrm{CH_3COONa}$ en agua será ácida, básica o neutra. (No es necesario realizar cálculos numéricos, ni escribir reacciones químicas). (0,40 p)

$\textbf{a) Nombre los compuestos NaHCO}_3\textbf{ y CH}_3\textbf{COOH e indique cuál de ellos está actuando como un ácido y cuál como una base, en la primera reacción. (0{,}40 p)}$

$\mathrm{NaHCO_3}$ — hidrogenocarbonato de sodio, conocido como bicarbonato de sodio.

$\mathrm{CH_3COOH}$ — ácido etanoico o ácido acético.

En la primera reacción el hidrogenocarbonato capta un protón y se convierte en ácido carbónico, mientras que el ácido acético lo cede y pasa a acetato. Según Brønsted-Lowry, el que cede el protón es el ácido y el que lo capta, la base:

$\mathrm{CH_3COOH}$ actúa como $\textbf{ácido}$ y $\mathrm{NaHCO_3}$ como $\textbf{base}$.

$\textbf{b) ¿Qué volumen de este vinagre será necesario para reaccionar completamente con 20 g de NaHCO}_3\textbf{? (0{,}60 p)}$

Con $M(\mathrm{NaHCO_3}) = 23 + 1 + 12 + 3 \cdot 16 = 84$ g/mol:

$n(\mathrm{NaHCO_3}) = \frac{20}{84} = 0{,}238 \text{ mol}$

La reacción es mol a mol, así que hacen falta los mismos moles de ácido acético.

Hay que traducir los grados acéticos a molaridad. Con $M(\mathrm{CH_3COOH}) = 60$ g/mol, 6 g en 100 mL son 60 g en un litro:

$c = \frac{60}{60} = 1 \text{ mol/L}$

$V = \frac{n}{c} = \frac{0{,}238}{1} = 0{,}238 \text{ L} = 238 \text{ mL}$

Se necesitan unos 238 mL de vinagre comercial.

$\textbf{c) Calcule el volumen de CO}_2\textbf{ (g) que se generará, a presión atmosférica, suponiendo que la temperatura que se alcanza en la llama es de 1000 ºC. (0{,}60 p)}$

$n(\mathrm{NaHCO_3}) = \frac{6000}{84} = 71{,}4 \text{ mol}$

Siguiendo el esquema del enunciado, cada mol de bicarbonato acaba dando un mol de dióxido de carbono:

$n(\mathrm{CO_2}) = 71{,}4 \text{ mol}$

La temperatura de la llama hay que pasarla a kelvin, y ahí está la clave del resultado:

$T = 1000 + 273 = 1273 \text{ K}$

$V = \frac{n\,R\,T}{P} = \frac{71{,}4 \cdot 0{,}082 \cdot 1273}{1} = 7{,}46 \cdot 10^{3} \text{ L}$

Un solo extintor genera casi 7500 litros de gas, que es lo que permite desplazar el oxígeno alrededor del fuego y sofocarlo.

$\textbf{d) Explique brevemente si una disolución de CH}_3\textbf{COONa en agua será ácida, básica o neutra. (0{,}40 p)}$

El acetato de sodio es una sal que procede de un ácido débil, el acético, y de una base fuerte, el hidróxido de sodio.

El catión $\mathrm{Na^+}$ no se hidroliza, porque procede de una base fuerte. El anión acetato, en cambio, es la base conjugada de un ácido débil y sí capta protones del agua, dejando hidroxilos libres.

La disolución resultante será, por tanto, $\textbf{básica}$.