Ejercicio resuelto de Ácido-Base · Química · Extremadura · 2024

Sean las sustancias: 1) $\text{NH}_4\text{NO}_3$; 2) $\text{NaCN}$; 3) $\text{NaClO}$; 4) $\text{NaNO}_3$.

a) Escriba las reacciones de hidrólisis. [1,0 punto]

b) Indique el carácter ácido, neutro o básico de las disoluciones resultantes. [1,0 punto]

Datos: $K_b(\text{NH}_3) = 1{,}8\cdot10^{-5}$; $K_a(\text{HCN}) = 4{,}9\cdot10^{-10}$; $K_a(\text{HClO}) = 2{,}95\cdot10^{-8}$.

$\textbf{a) Escriba las reacciones de hidrólisis. [1,0 punto]}$

Las cuatro son sales, y en agua se disocian por completo. Lo que decide su comportamiento es qué hacen después los iones que quedan: solo se hidroliza el ion que proviene de un ácido débil o de una base débil. Los que proceden de un ácido fuerte o de una base fuerte son conjugados tan malos que no reaccionan con el agua.

$\textbf{1) Nitrato de amonio}$. El $\mathrm{NH_4^+}$ es el ácido conjugado del amoníaco, que es una base débil, así que se hidroliza cediendo un protón. El $\mathrm{NO_3^-}$ viene del ácido nítrico, que es fuerte, y no reacciona.

$\mathrm{NH_4NO_3} \rightarrow \mathrm{NH_4^+} + \mathrm{NO_3^-}$

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

$\textbf{2) Cianuro de sodio}$. El $\mathrm{CN^-}$ es la base conjugada del ácido cianhídrico, que es débil, así que capta un protón del agua. El $\mathrm{Na^+}$ procede de una base fuerte y no reacciona.

$\mathrm{NaCN} \rightarrow \mathrm{Na^+} + \mathrm{CN^-}$

$\mathrm{CN^-} + \mathrm{H_2O} \rightleftharpoons \mathrm{HCN} + \mathrm{OH^-}$

$\textbf{3) Hipoclorito de sodio}$. Mismo caso: el $\mathrm{ClO^-}$ es la base conjugada del ácido hipocloroso, débil.

$\mathrm{NaClO} \rightarrow \mathrm{Na^+} + \mathrm{ClO^-}$

$\mathrm{ClO^-} + \mathrm{H_2O} \rightleftharpoons \mathrm{HClO} + \mathrm{OH^-}$

$\textbf{4) Nitrato de sodio}$. Aquí ninguno de los dos iones se hidroliza: el $\mathrm{Na^+}$ viene del hidróxido de sodio, base fuerte, y el $\mathrm{NO_3^-}$ del ácido nítrico, ácido fuerte.

$\mathrm{NaNO_3} \rightarrow \mathrm{Na^+} + \mathrm{NO_3^-} \qquad \text{(no hay hidrólisis)}$

$\textbf{b) Indique el carácter ácido, neutro o básico de las disoluciones resultantes. [1,0 punto]}$

Basta mirar qué genera cada hidrólisis:

Sal	Carácter de la disolución $\mathrm{NH_4NO_3}$	ácida: la hidrólisis del catión produce $\mathrm{H_3O^+}$ $\mathrm{NaCN}$	básica: la hidrólisis del anión produce $\mathrm{OH^-}$ $\mathrm{NaClO}$	básica: la hidrólisis del anión produce $\mathrm{OH^-}$ $\mathrm{NaNO_3}$	neutra: ningún ion se hidroliza

Los datos permiten además comparar cuál de las dos sales básicas lo es más. La constante de hidrólisis de una base conjugada se obtiene de la del ácido del que procede:

$K_b = \frac{K_w}{K_a}$

$K_b(\mathrm{CN^-}) = \frac{10^{-14}}{4{,}9\cdot10^{-10}} = 2{,}0\cdot10^{-5}$

$K_b(\mathrm{ClO^-}) = \frac{10^{-14}}{2{,}95\cdot10^{-8}} = 3{,}4\cdot10^{-7}$

Como el cianhídrico es el más débil de los dos ácidos, su base conjugada es la más fuerte: a igual concentración, el cianuro de sodio da un pH más alto que el hipoclorito. Es la regla general de que cuanto más débil es un ácido, más fuerte es su base conjugada.

Para el amonio, del mismo modo, $K_a(\mathrm{NH_4^+}) = 10^{-14}/1{,}8\cdot10^{-5} = 5{,}6\cdot10^{-10}$, que confirma el carácter ácido, aunque muy suave, de la primera disolución.