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 $\mathrm{NH_3}$	base débil $\mathrm{NaCl}$	sal de ácido fuerte y base fuerte: neutra $\mathrm{NaOH}$	base fuerte $\mathrm{NH_4Cl}$	sal de base débil y ácido fuerte: ácida

$\textbf{a) Cuál de ellas tendrá el pH más alto. [0,5 puntos]}$

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

El $\mathrm{NaOH}$ es una base fuerte y se disocia por completo:

$\mathrm{NaOH} \rightarrow \mathrm{Na^+} + \mathrm{OH^-}$

El amoníaco es débil y solo reacciona en parte:

$\mathrm{NH_3} + \mathrm{H_2O} \rightleftharpoons \mathrm{NH_4^+} + \mathrm{OH^-}$

El pH más alto es el del hidróxido de sodio.

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

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:

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

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

$\textbf{c) En cuál de ellas [OH⁻] = [H₃O⁺]. [0,5 puntos]}$

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 $\mathrm{Na^+}$ no cede protones y el $\mathrm{Cl^-}$ no los capta. Se limitan a quedarse en disolución como iones espectadores, sin tocar el equilibrio del agua.

La disolución neutra es la de $\mathrm{NaCl}$.