Ejercicio resuelto de pH · Química · Islas Baleares · 2021

Indique de manera razonada si las afirmaciones siguientes son verdaderas o falsas:

a) El grado de disociación de un ácido débil aumenta cuando añadimos $\mathrm{OH^{-}(aq)}$ a la disolución.

b) El pH de una disolución acuosa de ácido nítrico ($\mathrm{HNO_3}$) es superior al pH de una disolución de la misma concentración de ácido clorhídrico (HCl).

c) El pictograma siguiente, el cual aparece en una botella de ácido clorhídrico (HCl) concentrado, nos indica que se trata de una sustancia peligrosa para el medio ambiente acuático.



d) Una disolución acuosa de cloruro amónico ($\mathrm{NH_4Cl}$) presenta un pH superior a 7.

Datos: $K_\mathrm{b}\,(\mathrm{NH_3})$ a 25 °C $= 1{,}8 \times 10^{-5}$.

$\textbf{a) El grado de disociación de un ácido débil aumenta cuando añadimos OH⁻(aq) a la disolución.}$

$\textbf{Verdadera.}$ El punto está en que el ácido débil establece un equilibrio, y ese equilibrio responde a lo que se le retire.

$\mathrm{HA} + \mathrm{H_2O} \rightleftharpoons \mathrm{A^-} + \mathrm{H_3O^+}$

Los hidroxilos añadidos reaccionan con los protones y los eliminan de la disolución:

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

Al consumirse uno de los productos, el cociente de reacción cae por debajo de la constante y el sistema se desplaza hacia la derecha para reponerlo, disociando más ácido. Como el grado de disociación es la fracción de HA ionizada, ese desplazamiento lo hace aumentar.

Llevado al extremo, es lo que ocurre en una valoración: al añadir suficiente base, todo el ácido acaba en forma de $\mathrm{A^-}$ y $\alpha$ se aproxima a 1.

$\textbf{b) El pH de una disolución acuosa de ácido nítrico (HNO₃) es superior al pH de una disolución de la misma concentración de ácido clorhídrico (HCl).}$

$\textbf{Falsa.}$ Los dos son ácidos $\textbf{fuertes}$, es decir, están totalmente disociados en disolución acuosa:

$\mathrm{HNO_3} + \mathrm{H_2O} \rightarrow \mathrm{NO_3^-} + \mathrm{H_3O^+}$

$\mathrm{HCl} + \mathrm{H_2O} \rightarrow \mathrm{Cl^-} + \mathrm{H_3O^+}$

Como ambos son monopróticos y se disocian por completo, a igual concentración liberan exactamente la misma cantidad de protones, y por tanto tienen el mismo pH.

$[\mathrm{H_3O^+}]_{\mathrm{HNO_3}} = [\mathrm{H_3O^+}]_{\mathrm{HCl}} = c \quad \Rightarrow \quad \mathrm{pH}_{\mathrm{HNO_3}} = \mathrm{pH}_{\mathrm{HCl}}$

Es el llamado efecto nivelador del agua: en disolución acuosa no se distingue la fuerza de dos ácidos fuertes, porque los dos se disocian del todo.

$\textbf{c) El pictograma siguiente, el cual aparece en una botella de ácido clorhídrico (HCl) concentrado, nos indica que se trata de una sustancia peligrosa para el medio ambiente acuático.}$

$\textbf{Falsa}$: el pictograma se ha identificado mal.

El de la imagen es el $\textbf{GHS07}$, el del signo de exclamación, que advierte de un peligro moderado para la salud: sustancia nociva o irritante. Cubre la toxicidad aguda leve, la irritación de la piel y de los ojos y, en el caso del ácido clorhídrico, la irritación de las vías respiratorias por sus vapores.

El pictograma que sí indica peligro para el medio ambiente acuático es el $\textbf{GHS09}$, con un árbol seco y un pez muerto, y no es el que aparece aquí.

Conviene añadir que una botella de ácido clorhídrico concentrado lleva además el GHS05, el de corrosión, por el daño grave que causa en la piel y en los ojos.

$\textbf{d) Una disolución acuosa de cloruro amónico (NH₄Cl) presenta un pH superior a 7.}$

$\textbf{Falsa}$: su pH es menor que 7, es decir, la disolución es ácida.

La sal se disocia por completo al disolverse:

$\mathrm{NH_4Cl} \rightarrow \mathrm{NH_4^+} + \mathrm{Cl^-}$

Hay que examinar los dos iones. El cloruro es la base conjugada del ácido clorhídrico, que es fuerte, así que es una base tan débil que no se hidroliza: es un ion espectador.

El catión amonio, en cambio, es el ácido conjugado del amoníaco, una base débil, y sí reacciona con el agua:

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

Su constante de acidez se obtiene del dato del enunciado:

$K_a(\mathrm{NH_4^+}) = \dfrac{K_w}{K_b(\mathrm{NH_3})} = \dfrac{1{,}0 \cdot 10^{-14}}{1{,}8 \cdot 10^{-5}} = 5{,}6 \cdot 10^{-10}$

Es pequeña, pero no nula, de modo que se liberan protones y el pH baja de 7. Es la regla general: la sal de un ácido fuerte con una base débil da disolución ácida.