Ejercicio resuelto de Valoraciones ácido-base · Química · 2020

El ácido clorhídrico [cloruro de hidrógeno] reacciona con hidróxido de potasio para dar cloruro de potasio y agua. Si partimos de una disolución acuosa (A) de ácido clorhídrico 0,25 M y otra (B) de hidróxido de potasio 0,10 M:

a) ¿Qué volumen de disolución de hidróxido de potasio necesitaremos para neutralizar 25 mL de ese ácido? (0,6 puntos)

b) Calcule el pH de la disolución preparada mezclando 100 mL de (A) con 100 mL de (B). (1,4 puntos)

$\textbf{a) ¿Qué volumen de disolución de hidróxido de potasio necesitaremos para neutralizar 25 mL de ese ácido? (0,6 puntos)}$

La reacción entre el ácido fuerte y la base fuerte es mol a mol:

$\mathrm{HCl} + \mathrm{KOH} \rightarrow \mathrm{KCl} + \mathrm{H_2O}$

Moles de ácido que hay que neutralizar:

$n(\mathrm{HCl}) = 0{,}25 \cdot 0{,}025 = 6{,}25 \cdot 10^{-3} \text{ mol}$

En el punto de equivalencia hacen falta los mismos moles de base:

$n(\mathrm{KOH}) = 6{,}25 \cdot 10^{-3} \text{ mol}$

$V = \frac{n}{c} = \frac{6{,}25 \cdot 10^{-3}}{0{,}10} = 0{,}0625 \ \mathrm{L}$

Se necesitan 62,5 mL de la disolución B. El volumen es dos veces y media el de ácido, lo que era previsible: el ácido está dos veces y media más concentrado.

$\textbf{b) Calcule el pH de la disolución preparada mezclando 100 mL de (A) con 100 mL de (B). (1,4 puntos)}$

Ahora los volúmenes son iguales, pero las concentraciones no, de modo que no se está en el punto de equivalencia. Se cuentan los moles de cada uno:

$n(\mathrm{HCl}) = 0{,}25 \cdot 0{,}100 = 2{,}5 \cdot 10^{-2} \text{ mol}$

$n(\mathrm{KOH}) = 0{,}10 \cdot 0{,}100 = 1{,}0 \cdot 10^{-2} \text{ mol}$

La base se consume entera y sobra ácido:

$n(\mathrm{H^+})_{\text{exceso}} = 2{,}5 \cdot 10^{-2} - 1{,}0 \cdot 10^{-2} = 1{,}5 \cdot 10^{-2} \text{ mol}$

Ese exceso queda repartido en el volumen total, que se supone aditivo:

$V_f = 100 + 100 = 200 \ \mathrm{mL} = 0{,}200 \ \mathrm{L}$

$[\mathrm{H^+}] = \frac{1{,}5 \cdot 10^{-2}}{0{,}200} = 7{,}5 \cdot 10^{-2} \ \mathrm{mol}\cdot\mathrm{L}^{-1}$

$\mathrm{pH} = -\log(7{,}5 \cdot 10^{-2}) = 1{,}12$

La mezcla es ácida, como cabía esperar al sobrar ácido clorhídrico. El cloruro de potasio formado no influye en el pH: procede de un ácido fuerte y de una base fuerte, así que ninguno de sus iones se hidroliza.