Ejercicio resuelto de Ácido-Base · Química · Aragón · 2020

Indique de forma cualitativa (especifique únicamente si será ácido, básico o neutro) y de forma razonada el pH de la disolución resultante de mezclar volúmenes iguales de las disoluciones de cada uno de los siguientes apartados. Escriba la reacción que tiene lugar.

a) HCl 1 M + NaOH 1 M (0,5 puntos)

b) HCl 1 M + NaOH 2 M (0,5 puntos)

c) HAc 1 M + NaOH 1 M (0,5 puntos)

d) HCl 1 M + ${\text{NH}}_3$ 1 M (0,5 puntos)

Datos: $K_a(\text{HAc})=\mathrm{1,8}\cdot {10}^{-5}$; $K_b({\text{NH}}_3)=\mathrm{1,8}\cdot {10}^{-5}$.

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{HCl}}\mathbf{\text{1}}\mathbf{\text{M}}\mathbf{\text{+}}\mathbf{\text{NaOH}}\mathbf{\text{1}}\mathbf{\text{M}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Al ser iguales los volúmenes y las concentraciones, los moles de ácido y de base coinciden y la neutralización es completa:

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

Lo único que queda en disolución es la sal, y hay que ver si sus iones se hidrolizan. El $\mathrm{N}{\mathrm{a}}^{+}$ procede de una base fuerte y el $\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$ de un ácido fuerte, así que ninguno de los dos lo hace: ni consumen ni generan protones.

La disolución resultante es neutra, con pH igual a 7.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{HCl}}\mathbf{\text{1}}\mathbf{\text{M}}\mathbf{\text{+}}\mathbf{\text{NaOH}}\mathbf{\text{2}}\mathbf{\text{M}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Ahora la base está al doble de concentración, de modo que en volúmenes iguales hay el doble de moles de NaOH que de HCl y sobra base:

$\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}+\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}(\text{exceso})\to \mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{l}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}+\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}(\text{sobrante})$

La sal formada es neutra, como en el apartado anterior, pero el NaOH que no ha reaccionado es una base fuerte y se disocia por completo aportando hidroxilos.

La disolución resultante es básica, con pH mayor que 7.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{HAc}}\mathbf{\text{1}}\mathbf{\text{M}}\mathbf{\text{+}}\mathbf{\text{NaOH}}\mathbf{\text{1}}\mathbf{\text{M}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Las cantidades vuelven a ser iguales y la neutralización es completa:

$\mathrm{H}\mathrm{A}\mathrm{c}+\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}\to \mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{A}\mathrm{c}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

Pero que no sobre ni ácido ni base no significa que el resultado sea neutro. El $\mathrm{N}{\mathrm{a}}^{+}$ no se hidroliza, mientras que el acetato es la base conjugada de un ácido débil y sí lo hace:

$\mathrm{A}{\mathrm{c}}^{-}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\rightleftharpoons \mathrm{H}\mathrm{A}\mathrm{c}+\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}$

Esa hidrólisis genera hidroxilos, de modo que la disolución resultante es básica, con pH mayor que 7.

$\mathbf{\text{d)}}\mathbf{\text{HCl}}\mathbf{\text{1}}\mathbf{\text{M}}\mathbf{\text{+}}\mathbf{\text{NH₃}}\mathbf{\text{1}}\mathbf{\text{M}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

De nuevo la neutralización es completa y se forma cloruro de amonio:

$\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}+\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3\to \mathrm{N}{\mathrm{H}}_4\mathrm{C}\mathrm{l}$

Aquí el ion que se hidroliza es el catión: el $\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$ procede de un ácido fuerte y no reacciona, pero el $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4^{+}$ es el ácido conjugado de una base débil y sí lo hace:

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

Esa hidrólisis libera protones, de modo que la disolución resultante es ácida, con pH menor que 7.

Los cuatro apartados ilustran la misma regla: el pH de la disolución neutralizada lo decide la fortaleza relativa del ácido y de la base de partida, no el hecho de que las cantidades se correspondan.