Ejercicio resuelto de pH · Química · Islas Baleares · 2023

Una disolución acuosa A contiene 1,26 g/L de ácido nítrico ($\mathrm{HNO_3}$). 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: $\mathrm{H} = 1{,}0$; $\mathrm{N} = 14{,}0$; $\mathrm{O} = 16{,}0$; $\mathrm{Na} = 23{,}0$.

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

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 $M(\mathrm{HNO_3}) = 1{,}0 + 14{,}0 + 3 \cdot 16{,}0 = 63{,}0$ g/mol:

$c_A = \dfrac{1{,}26}{63{,}0} = 0{,}020\ \mathrm{mol/L}$

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

$c_B = \dfrac{0{,}4}{40{,}0} = 0{,}010\ \mathrm{mol/L}$

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

$n(\mathrm{H_3O^+}) = 0{,}020 \cdot 0{,}050 = 1{,}0 \cdot 10^{-3}\ \mathrm{mol}$

$n(\mathrm{OH^-}) = 0{,}010 \cdot 0{,}050 = 5{,}0 \cdot 10^{-4}\ \mathrm{mol}$

La neutralización consume ambos mol a mol:

$\mathrm{H_3O^+} + \mathrm{OH^-} \rightarrow 2\,\mathrm{H_2O}$

$n(\mathrm{H_3O^+})_{\text{exceso}} = 1{,}0 \cdot 10^{-3} - 5{,}0 \cdot 10^{-4} = 5{,}0 \cdot 10^{-4}\ \mathrm{mol}$

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:

$[\mathrm{H_3O^+}] = \dfrac{5{,}0 \cdot 10^{-4}}{0{,}100} = 5{,}0 \cdot 10^{-3}\ \mathrm{mol/L}$

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

$\textbf{b) Indique el significado del siguiente pictograma que aparece en una botella de ácido nítrico comercial:}$

Es el pictograma GHS03, la llama sobre un círculo. Indica que se trata de una sustancia $\textbf{comburente}$ 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 $\mathrm{NO_2}$ 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.