Ejercicio resuelto de pH · Química · Andalucía · 2021

Entre las disoluciones de las siguientes sustancias: ${\text{NH}}_3$, $\text{NaCl}$, $\text{NaOH}$ y ${\text{NH}}_4\text{Cl}$, todas ellas de igual concentración, justifique:

a) Cuál de ellas tendrá el pH más alto. [0,5 puntos]

b) Cuál de ellas tendrá una $[{\text{OH}}^{-}]<{10}^{-7}$ M. [0,5 puntos]

c) En cuál de ellas $[{\text{OH}}^{-}]=[{\text{H}}_3{\text{O}}^{+}]$. [0,5 puntos]

Conviene clasificar antes las cuatro sustancias según cómo se comportan en agua:

Sustancia	Carácter de su disolución $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$	base débil $\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{l}$	sal de ácido fuerte y base fuerte: neutra $\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}$	base fuerte $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4\mathrm{C}\mathrm{l}$	sal de base débil y ácido fuerte: ácida

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ellas}}\mathbf{\text{tendr}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{pH}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{s}}\mathbf{\text{alto.}}\mathbf{\text{[0,5}}\mathbf{\text{puntos]}}$

Hay dos candidatas básicas, el amoníaco y el hidróxido de sodio, y a igual concentración gana la que libere más hidroxilos.

El $\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}$ es una base fuerte y se disocia por completo:

$\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}\to \mathrm{N}{\mathrm{a}}^{+}+\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}$

El amoníaco es débil y solo reacciona en parte:

$\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\rightleftharpoons \mathrm{N}{\mathrm{H}}_4^{+}+\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}$

El pH más alto es el del hidróxido de sodio.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ellas}}\mathbf{\text{tendr}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{[OH⁻]}}\mathbf{\text{<}}\mathbf{\text{10⁻⁷}}\mathbf{\text{M.}}\mathbf{\text{[0,5}}\mathbf{\text{puntos]}}$

Esa condición equivale a decir que la disolución es ácida, porque en agua pura la concentración de hidroxilos es justamente ${10}^{-7}$ M.

De las cuatro, la única ácida es el cloruro de amonio. Su catión es el ácido conjugado de una base débil y se hidroliza:

$\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4^{+}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\rightleftharpoons \mathrm{N}{\mathrm{H}}_3+{\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+}$

Al aumentar la concentración de protones, la de hidroxilos baja por debajo de ${10}^{-7}$ M, porque el producto de las dos es siempre $K_w$.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{En}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ellas}}\mathbf{\text{[OH⁻]}}\mathbf{\text{=}}\mathbf{\text{[H₃O⁺].}}\mathbf{\text{[0,5}}\mathbf{\text{puntos]}}$

Esa igualdad es la definición de disolución neutra, con pH 7.

El cloruro de sodio procede de un ácido fuerte y una base fuerte, así que ninguno de sus dos iones se hidroliza: el $\mathrm{N}{\mathrm{a}}^{+}$ no cede protones y el $\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$ no los capta. Se limitan a quedarse en disolución como iones espectadores, sin tocar el equilibrio del agua.

La disolución neutra es la de $\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{l}$.