Ejercicio resuelto de pH · Química · Andalucía · 2021

Justifique si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones:

a) En una disolución acuosa básica no existe la especie ${\text{H}}_3{\text{O}}^{+}$. [0,5 puntos]

b) Al disminuir la concentración de un ácido en disolución acuosa aumenta el pH. [0,5 puntos]

c) Al mezclar 100 mL de una disolución acuosa 1 M de $\text{HCl}$ con 200 mL de otra disolución acuosa de $\text{NaOH}$ 0,5 M, el pH de la disolución resultante es básico. [0,5 puntos]

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{En}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{disoluci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{acuosa}}\mathbf{\text{b}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{sica}}\mathbf{\text{no}}\mathbf{\text{existe}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{especie}}\mathbf{\text{H₃O⁺.}}\mathbf{\text{[0,5}}\mathbf{\text{puntos]}}$

Falsa. El agua se autoioniza siempre, y su producto iónico se cumple en cualquier disolución acuosa:

$2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\rightleftharpoons {\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+}+\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}{K}_w=[{\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+}][\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}]={10}^{-14}$

Como el producto es una constante distinta de cero, ninguna de las dos concentraciones puede anularse. En una disolución básica la de protones es pequeña, pero existe: con pH 12, por ejemplo, vale ${10}^{-12}$ mol/L.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Al}}\mathbf{\text{disminuir}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{concentraci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{un}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cido}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{disoluci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{acuosa}}\mathbf{\text{aumenta}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{pH.}}\mathbf{\text{[0,5}}\mathbf{\text{puntos]}}$

Verdadera. Menos ácido significa menos protones en disolución, y el pH es el logaritmo cambiado de signo de esa concentración:

$\mathrm{p}\mathrm{H}=-\log [{\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+}]$

Si $[{\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+}]$ baja, el pH sube. Ahora bien, hay un tope: por mucho que se diluya, el pH se acerca a 7 sin llegar a superarlo, porque llega un punto en que los protones que manda son los del propio agua.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{Al}}\mathbf{\text{mezclar}}\mathbf{\text{100}}\mathbf{\text{mL}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{disoluci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{acuosa}}\mathbf{\text{1}}\mathbf{\text{M}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{HCl}}\mathbf{\text{con}}\mathbf{\text{200}}\mathbf{\text{mL}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{otra}}\mathbf{\text{disoluci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{acuosa}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{NaOH}}\mathbf{\text{0,5}}\mathbf{\text{M,}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{pH}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{disoluci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{resultante}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{b}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{sico.}}\mathbf{\text{[0,5}}\mathbf{\text{puntos]}}$

Falsa. Se cuentan los moles de cada uno:

$n(\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l})=\mathrm{0,100}\cdot 1=\mathrm{0,100}\text{ mol}$

$n(\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H})=\mathrm{0,200}\cdot \mathrm{0,5}=\mathrm{0,100}\text{ mol}$

Son exactamente iguales, así que la neutralización es completa y no sobra ni ácido ni base:

$\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}+\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}\to \mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{l}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

Lo que queda es cloruro de sodio, sal de ácido fuerte y base fuerte, cuyos iones no se hidrolizan. La disolución resultante es neutra, con pH 7, no básica.