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

a) Se preparan dos disoluciones de la misma concentración de dos ácidos débiles monopróticos, HA y HB. Al analizar las concentraciones en cada equilibrio, se observa que la $[\text{A}^-]$ es menor que la $[\text{B}^-]$. ¿Cuál de los dos ácidos, HA o HB, será el ácido más débil? ¿Y cuál de ellos tendrá la $K_a$ más grande? Razone la respuesta. (0,8 puntos)

b) Ordene de menor a mayor valor de pH las disoluciones acuosas de concentración 0,1 M de las siguientes sustancias: $\text{NaNO}_2$, $\text{NH}_4\text{Cl}$, $\text{HNO}_3$, NaCl, KOH. Razone la respuesta. (1,2 puntos)

Datos: $K_b(\text{NH}_3) = 1{,}8\cdot10^{-5}$; $K_a(\text{HNO}_2) = 4{,}4\cdot10^{-4}$.

$\textbf{a) ¿Cuál de los dos ácidos, HA o HB, será el ácido más débil? ¿Y cuál de ellos tendrá la Ka más grande? Razone la respuesta. (0,8 puntos)}$

Los dos son ácidos débiles monopróticos y se ionizan solo en parte:

$\mathrm{HA} + \mathrm{H_2O} \rightleftharpoons \mathrm{A^-} + \mathrm{H_3O^+} \qquad \mathrm{HB} + \mathrm{H_2O} \rightleftharpoons \mathrm{B^-} + \mathrm{H_3O^+}$

La concentración del anión en el equilibrio mide justamente cuánto ácido se ha disociado, y como las dos disoluciones parten de la misma concentración, comparar $[\mathrm{A^-}]$ con $[\mathrm{B^-}]$ equivale a comparar los grados de disociación:

$[\mathrm{A^-}] < [\mathrm{B^-}] \quad \Rightarrow \quad \alpha(\mathrm{HA}) < \alpha(\mathrm{HB})$

El HA se disocia menos, así que es el ácido más débil.

La constante de acidez sigue el mismo orden, porque a menor disociación menos productos y más reactivo sin ionizar:

$K_a = \frac{[\mathrm{A^-}]\,[\mathrm{H_3O^+}]}{[\mathrm{HA}]}$

En el HB el numerador es mayor y el denominador menor, de modo que la $K_a$ más grande es la del HB.

$\textbf{b) Ordene de menor a mayor valor de pH las disoluciones acuosas de concentración 0,1 M de las siguientes sustancias: NaNO₂, NH₄Cl, HNO₃, NaCl, KOH. Razone la respuesta. (1,2 puntos)}$

Se analiza cada una por separado, mirando si sus iones proceden de electrolitos fuertes o débiles.

$\mathrm{HNO_3}$: ácido fuerte, totalmente disociado. Es la disolución más ácida de las cinco y, por tanto, la de menor pH.

$\mathrm{NH_4Cl} \rightarrow \mathrm{NH_4^+} + \mathrm{Cl^-}$: el cloruro procede de un ácido fuerte y no se hidroliza, pero el amonio es el ácido conjugado de una base débil y sí lo hace, liberando protones:

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

Disolución ácida, aunque mucho menos que la del ácido fuerte.

$\mathrm{NaCl} \rightarrow \mathrm{Na^+} + \mathrm{Cl^-}$: ambos iones vienen de electrolitos fuertes y ninguno se hidroliza. Disolución neutra, pH 7.

$\mathrm{NaNO_2} \rightarrow \mathrm{Na^+} + \mathrm{NO_2^-}$: el nitrito es la base conjugada del ácido nitroso, débil, y se hidroliza generando hidroxilos:

$\mathrm{NO_2^-} + \mathrm{H_2O} \rightleftharpoons \mathrm{HNO_2} + \mathrm{OH^-}$

Disolución básica.

KOH: base fuerte, totalmente disociada. Es la más básica y la de mayor pH.

Ordenando de menor a mayor pH:

$\mathrm{HNO_3} < \mathrm{NH_4Cl} < \mathrm{NaCl} < \mathrm{NaNO_2} < \mathrm{KOH}$