Ejercicio resuelto de Ácido-Base · Química · Extremadura · 2022

Sean las sustancias: A) $\text{H}_2\text{PO}_4^-$; B) $\text{PO}_4^{3-}$; C) $\text{NH}_4^+$; D) $\text{NO}_3^-$; E) $\text{CO}_3^{2-}$.

a) Escriba las reacciones que sufren las cinco sustancias con agua. [1,0 punto]

b) Indique si las sustancias tienen carácter ácido, básico, neutro o anfótero. [1,0 punto]

$\textbf{a) Escriba las reacciones que sufren las cinco sustancias con agua. [1,0 punto]}$

Según la teoría de Brønsted y Lowry, un ácido es una especie que cede protones y una base, la que los capta. El agua puede hacer las dos cosas, así que basta ver qué le conviene a cada ion.

$\textbf{A) Dihidrogenofosfato}$. Puede ceder un protón, porque aún le quedan dos, y también captarlo, porque es la base conjugada del ácido fosfórico. Es $\textbf{anfótero}$ y por eso presenta dos reacciones:

$\mathrm{H_2PO_4^-} + \mathrm{H_2O} \rightleftharpoons \mathrm{HPO_4^{2-}} + \mathrm{H_3O^+} \qquad \text{(como ácido)}$

$\mathrm{H_2PO_4^-} + \mathrm{H_2O} \rightleftharpoons \mathrm{H_3PO_4} + \mathrm{OH^-} \qquad \text{(como base)}$

$\textbf{B) Fosfato}$. No tiene ningún hidrógeno que ceder, y es la base conjugada de un ácido débil, así que solo puede captar protones:

$\mathrm{PO_4^{3-}} + \mathrm{H_2O} \rightleftharpoons \mathrm{HPO_4^{2-}} + \mathrm{OH^-}$

$\textbf{C) Amonio}$. Es el ácido conjugado del amoníaco, que es una base débil, de modo que cede un protón:

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

$\textbf{D) Nitrato}$. Es la base conjugada del ácido nítrico, que es un ácido fuerte. Precisamente por serlo, su base conjugada es tan débil que $\textbf{no reacciona}$ apreciablemente con el agua:

$\mathrm{NO_3^-} + \mathrm{H_2O} \nrightarrow$

$\textbf{E) Carbonato}$. Es la base conjugada del hidrogenocarbonato, un ácido muy débil, y capta un protón:

$\mathrm{CO_3^{2-}} + \mathrm{H_2O} \rightleftharpoons \mathrm{HCO_3^-} + \mathrm{OH^-}$

$\textbf{b) Indique si las sustancias tienen carácter ácido, básico, neutro o anfótero. [1,0 punto]}$

Especie	Carácter $\mathrm{H_2PO_4^-}$	anfótero: puede ceder y captar protones $\mathrm{PO_4^{3-}}$	básico: genera $\mathrm{OH^-}$ $\mathrm{NH_4^+}$	ácido: genera $\mathrm{H_3O^+}$ $\mathrm{NO_3^-}$	neutro: no reacciona con el agua $\mathrm{CO_3^{2-}}$	básico: genera $\mathrm{OH^-}$

Una precisión sobre el anfótero: que pueda actuar de las dos maneras no significa que su disolución sea neutra. El carácter final lo decide cuál de las dos constantes es mayor, y en el caso del dihidrogenofosfato predomina ligeramente el comportamiento ácido, de modo que una disolución de $\mathrm{NaH_2PO_4}$ resulta algo ácida. El hidrogenocarbonato, en cambio, que también es anfótero, da disolución básica.

La regla general que recorre los cinco casos: cuanto más fuerte es un ácido, más débil es su base conjugada. Por eso el nitrato, conjugado de un ácido fuerte, es completamente inerte, mientras que el fosfato y el carbonato, conjugados de ácidos muy débiles, son bases apreciables.