Ejercicio resuelto de Ácido-Base · Química · 2025

2A El $\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{H}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3$ es un antiácido que se toma para aliviar la acidez de estómago, causada principalmente por HCl.

a) Escriba la reacción de neutralización que tiene lugar entre estos dos compuestos. (0,25 p)
b) Teniendo en cuenta que el ${\mathrm{H}}_2\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3$ es inestable y descompone para dar $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ y ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$, calcule el volumen de $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2(\mathrm{g})$, a 25ºC y presión atmosférica, que se formará en la reacción de una pastilla que contiene 500 mg de $\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{H}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3$, con HCl en exceso. (0,70 p)
c) El anión $\mathrm{H}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3^{-}$ es anfótero, lo que significa que puede actuar como un ácido ($K_a=\mathrm{4,7}\cdot {10}^{-11}$) y como una base ($K_b=\mathrm{2,5}\cdot {10}^{-8}$). Escriba sus reacciones de hidrólisis ácida y básica y, sin necesidad de hacer cálculos, explique si, como resultado de ambas reacciones, una disolución de $\mathrm{H}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3^{-}$ será neutra, ácida o básica. (0,60 p)
d) Nombre los compuestos $\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{H}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3$, HCl y ${\mathrm{H}}_2\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3$. (0,45 p)

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Escriba}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{reacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{neutralizaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{tiene}}\mathbf{\text{lugar}}\mathbf{\text{entre}}\mathbf{\text{estos}}\mathbf{\text{dos}}\mathbf{\text{compuestos.}}\mathbf{\text{(0,25}}\mathbf{\text{p)}}$

El hidrogenocarbonato es una base y el ácido clorhídrico le cede un protón:

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

Y como el ácido carbónico es inestable, se descompone de inmediato, de modo que la reacción global que se observa es:

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

${\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Calcule}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{volumen}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{CO}}}_2{\mathbf{\text{(g),}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{25}}\mathbf{\text{ºC}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{presi}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{atmosf}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{rica,}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{formar}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{reacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{pastilla}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{contiene}}\mathbf{\text{500}}\mathbf{\text{mg}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{NaHCO}}}_3\mathbf{\text{,}}\mathbf{\text{con}}\mathbf{\text{HCl}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{exceso.}}\mathbf{\text{(0,70}}\mathbf{\text{p)}}$

Que el HCl esté en exceso significa que el reactivo limitante es el hidrogenocarbonato, así que todo él reacciona. Con $M(\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{H}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3)=23+1+12+3\cdot 16=84$ g/mol:

$n(\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{H}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3)=\frac{\mathrm{0,500}}{84}=\mathrm{5,95}\cdot {10}^{-3}\text{ mol}$

La estequiometría es de uno a uno, luego se forma la misma cantidad de dióxido de carbono:

$n(\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2)=\mathrm{5,95}\cdot {10}^{-3}\text{ mol}$

Con la ecuación de los gases ideales, a $T=25+273=298$ K y $P=1$ atm:

$V=\frac{nRT}{P}=\frac{\mathrm{5,95}\cdot {10}^{-3}\cdot \mathrm{0,082}\cdot 298}{1}$

$V(\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2)=\mathrm{0,145}\text{ L}=145\text{ mL}$

Una sola pastilla desprende, por tanto, unos 145 mL de gas.

${\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{Escriba}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{reacciones}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{hidr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{lisis}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cida}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{b}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{sica}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{HCO}}}_3^{-}{\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{explique}}\mathbf{\text{si}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{disoluci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{HCO}}}_3^{-}\mathbf{\text{ser}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{neutra,}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cida}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{b}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{sica.}}\mathbf{\text{(0,60}}\mathbf{\text{p)}}$

Que el anión sea anfótero significa que puede ceder un protón y también captarlo, de modo que en disolución compiten dos equilibrios.

Como ácido, cede su protón y se convierte en carbonato:

$\mathrm{H}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3^{-}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\rightleftharpoons \mathrm{C}{\mathrm{O}}_3^{2-}+{\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+}{K}_a=\mathrm{4,7}\cdot {10}^{-11}$

Como base, capta un protón del agua y regenera el ácido carbónico:

$\mathrm{H}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3^{-}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\rightleftharpoons {\mathrm{H}}_2\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3+\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}{K}_b=\mathrm{2,5}\cdot {10}^{-8}$

No hace falta calcular nada: basta comparar las dos constantes. Como $K_b>K_a$, y por bastante —unas quinientas veces—, el segundo equilibrio está mucho más desplazado que el primero y se generan más hidroxilos que protones.

La disolución de hidrogenocarbonato es, por tanto, $\mathbf{\text{b}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{sica}}$, que es justamente lo que se busca en un antiácido.

${\mathbf{\text{d)}}\mathbf{\text{Nombre}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{compuestos}}\mathbf{\text{NaHCO}}}_3{\mathbf{\text{,}}\mathbf{\text{HCl}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{H}}}_2{\mathbf{\text{CO}}}_3\mathbf{\text{.}}\mathbf{\text{(0,45}}\mathbf{\text{p)}}$

$\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{H}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3$ — hidrogenocarbonato de sodio, conocido también como bicarbonato de sodio.

$\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}$ — cloruro de hidrógeno; en disolución acuosa, ácido clorhídrico.

${\mathrm{H}}_2\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3$ — ácido carbónico.