Ejercicio resuelto de pH · Química · Islas Baleares · 2023

Una disolución acuosa A contiene 1,26 g/L de ácido nítrico ($\mathrm{H}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3$). Una segunda disolución acuosa B contiene 0,4 g/L de hidróxido de sodio (NaOH). Se mezclan 50 mL de la disolución A con 50 mL de la disolución B.

a) Calcule el pH resultante después de mezclar los volúmenes indicados de las disoluciones A y B, suponiendo que los volúmenes son aditivos.

b) Indique el significado del siguiente pictograma que aparece en una botella de ácido nítrico comercial:



Datos: masas atómicas relativas: $\mathrm{H}=\mathrm{1,0}$; $\mathrm{N}=\mathrm{14,0}$; $\mathrm{O}=\mathrm{16,0}$; $\mathrm{N}\mathrm{a}=\mathrm{23,0}$.

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Calcule}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{pH}}\mathbf{\text{resultante}}\mathbf{\text{despu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{s}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{mezclar}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{vol}}\acute{\mathbf{\text{u}}}\mathbf{\text{menes}}\mathbf{\text{indicados}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{disoluciones}}\mathbf{\text{A}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{B,}}\mathbf{\text{suponiendo}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{vol}}\acute{\mathbf{\text{u}}}\mathbf{\text{menes}}\mathbf{\text{son}}\mathbf{\text{aditivos.}}$

Se mezclan un ácido fuerte y una base fuerte, así que hay que ver cuál de los dos queda en exceso tras la neutralización. Se empieza por pasar las concentraciones en masa a molaridad.

Ácido nítrico, con $M(\mathrm{H}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3)=\mathrm{1,0}+\mathrm{14,0}+3\cdot \mathrm{16,0}=\mathrm{63,0}$ g/mol:

$c_A={\displaystyle \frac{\mathrm{1,26}}{\mathrm{63,0}}}=\mathrm{0,020}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\mathrm{/}\mathrm{L}$

Hidróxido de sodio, con $M(\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H})=\mathrm{23,0}+\mathrm{16,0}+\mathrm{1,0}=\mathrm{40,0}$ g/mol:

$c_B={\displaystyle \frac{\mathrm{0,4}}{\mathrm{40,0}}}=\mathrm{0,010}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\mathrm{/}\mathrm{L}$

Los dos son electrolitos fuertes y están totalmente disociados, así que los moles de protones y de hidroxilos son directamente los de cada soluto:

$n({\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+})=\mathrm{0,020}\cdot \mathrm{0,050}=\mathrm{1,0}\cdot {10}^{-3}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}$

$n(\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-})=\mathrm{0,010}\cdot \mathrm{0,050}=\mathrm{5,0}\cdot {10}^{-4}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}$

La neutralización consume ambos mol a mol:

${\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+}+\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}\to 2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

$n({\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+}{)}_{\text{exceso}}=\mathrm{1,0}\cdot {10}^{-3}-\mathrm{5,0}\cdot {10}^{-4}=\mathrm{5,0}\cdot {10}^{-4}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}$

Sobra ácido, de modo que la disolución final será ácida. Ese exceso se reparte en el volumen total, que por ser aditivos los volúmenes es de 100 mL:

$[{\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+}]={\displaystyle \frac{\mathrm{5,0}\cdot {10}^{-4}}{\mathrm{0,100}}}=\mathrm{5,0}\cdot {10}^{-3}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\mathrm{/}\mathrm{L}$

$\mathrm{p}\mathrm{H}=-\log (\mathrm{5,0}\cdot {10}^{-3})=\mathrm{2,30}$

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Indique}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{significado}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{siguiente}}\mathbf{\text{pictograma}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{aparece}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{botella}}\mathbf{\text{de}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cido}}\mathbf{\text{n}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{trico}}\mathbf{\text{comercial:}}$

Es el pictograma GHS03, la llama sobre un círculo. Indica que se trata de una sustancia $\mathbf{\text{comburente}}$ u oxidante.

No significa que el producto arda por sí mismo, sino algo más peligroso: que puede provocar o agravar un incendio al ceder oxígeno, y que puede hacer arder materiales combustibles sin necesidad de una fuente externa de ignición.

Es coherente con la química del ácido nítrico, que es un oxidante muy enérgico: en él el nitrógeno tiene el número de oxidación $+5$, el máximo posible, y se reduce con facilidad a NO o a $\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2$ atacando incluso a metales que los ácidos ordinarios no disuelven, como el cobre o la plata.

De ahí que deba almacenarse separado de disolventes orgánicos, papel y otros materiales combustibles.