Ejercicio resuelto de Valoraciones ácido-base · Química · 2023

a) Se disuelven 0,5 g de NaOH y 0,4 g de KOH en agua. ¿Cuántos mililitros de una disolución de HCl comercial al 36% en masa y una densidad de 1,18 g/mL se necesitarían para neutralizar la disolución de los hidróxidos? (1 punto)

Masas atómicas: $\text{Na} = 23$; $\text{K} = 39$; $\text{O} = 16$; $\text{H} = 1$; $\text{Cl} = 35{,}5$.

b) Si se desea preparar una disolución acuosa ácida, ¿cuál de las siguientes sales utilizaría?: KCl, $\text{NaClO}_2$, $\text{KNO}_3$, $\text{NH}_4\text{NO}_3$, NaF. Justifique la respuesta e indique por qué descartaría el resto de las sales. (1 punto)

Datos: $K_a(\text{HClO}_2) = 1{,}1\cdot10^{-2}$; $K_a(\text{NH}_4^+) = 5{,}6\cdot10^{-10}$; $K_a(\text{HF}) = 6{,}4\cdot10^{-4}$.

$\textbf{a) ¿Cuántos mililitros de una disolución de HCl comercial al 36\% en masa y una densidad de 1,18 g/mL se necesitarían para neutralizar la disolución de los hidróxidos? (1 punto)}$

En una neutralización cada mol de $\mathrm{OH^-}$ consume un mol de $\mathrm{H_3O^+}$, así que lo primero es contar los hidroxilos que aportan las dos bases, que son fuertes y se disocian por completo.

$M(\mathrm{NaOH}) = 23 + 16 + 1 = 40\ \mathrm{g/mol} \qquad M(\mathrm{KOH}) = 39 + 16 + 1 = 56\ \mathrm{g/mol}$

$n(\mathrm{NaOH}) = \frac{0{,}5}{40} = 0{,}0125\ \mathrm{mol}$

$n(\mathrm{KOH}) = \frac{0{,}4}{56} = 7{,}14 \cdot 10^{-3}\ \mathrm{mol}$

$n(\mathrm{OH^-}) = 0{,}0125 + 7{,}14 \cdot 10^{-3} = 0{,}0196\ \mathrm{mol}$

Hacen falta, por tanto, 0,0196 mol de HCl. Ahora se traducen a volumen de disolución comercial pasando por la riqueza y la densidad:

$m(\mathrm{HCl}) = 0{,}0196 \cdot 36{,}5 = 0{,}715\ \mathrm{g}$

$m_{\text{disolución}} = \frac{0{,}715}{0{,}36} = 1{,}99\ \mathrm{g}$

$V = \frac{1{,}99}{1{,}18} = 1{,}7\ \mathrm{mL}$

Bastan unos 1,7 mL del ácido comercial, que es una disolución muy concentrada: su molaridad ronda los 11,6 mol/L.

$\textbf{b) Si se desea preparar una disolución acuosa ácida, ¿cuál de las siguientes sales utilizaría? Justifique la respuesta e indique por qué descartaría el resto de las sales. (1 punto)}$

El pH de una disolución de una sal lo decide la hidrólisis de sus iones: solo se hidrolizan los que proceden de un ácido o de una base débil.

$\mathrm{KCl} \rightarrow \mathrm{K^+} + \mathrm{Cl^-}$: el potasio viene de una base fuerte y el cloruro de un ácido fuerte. Ninguno se hidroliza y el pH es neutro. Se descarta.

$\mathrm{NaClO_2} \rightarrow \mathrm{Na^+} + \mathrm{ClO_2^-}$: el clorito es la base conjugada del $\mathrm{HClO_2}$, un ácido débil, y sí se hidroliza generando hidroxilos. La disolución sería básica. Se descarta.

$\mathrm{KNO_3} \rightarrow \mathrm{K^+} + \mathrm{NO_3^-}$: ambos iones proceden de electrolitos fuertes y el pH vuelve a ser neutro. Se descarta.

$\mathrm{NaF} \rightarrow \mathrm{Na^+} + \mathrm{F^-}$: el fluoruro es la base conjugada del HF, ácido débil, y se hidroliza dando $\mathrm{OH^-}$. Disolución básica. Se descarta.

$\mathrm{NH_4NO_3} \rightarrow \mathrm{NH_4^+} + \mathrm{NO_3^-}$: el nitrato no se hidroliza, pero el amonio es el ácido conjugado del amoníaco, una base débil, y sí lo hace:

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

Esa hidrólisis libera protones, de modo que el nitrato de amonio es la única de las cinco que da una disolución ácida. Es la sal que hay que usar.