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

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

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

$\mathrm{HCl} + \mathrm{NaOH} \rightarrow \mathrm{NaCl} + \mathrm{H_2O}$

Lo único que queda en disolución es la sal, y hay que ver si sus iones se hidrolizan. El $\mathrm{Na^+}$ procede de una base fuerte y el $\mathrm{Cl^-}$ 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.

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

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:

$\mathrm{HCl} + \mathrm{NaOH}\ (\text{exceso}) \rightarrow \mathrm{NaCl} + \mathrm{H_2O} + \mathrm{NaOH}\ (\text{sobrante})$

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.

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

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

$\mathrm{HAc} + \mathrm{NaOH} \rightarrow \mathrm{NaAc} + \mathrm{H_2O}$

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

$\mathrm{Ac^-} + \mathrm{H_2O} \rightleftharpoons \mathrm{HAc} + \mathrm{OH^-}$

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

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

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

$\mathrm{HCl} + \mathrm{NH_3} \rightarrow \mathrm{NH_4Cl}$

Aquí el ion que se hidroliza es el catión: el $\mathrm{Cl^-}$ procede de un ácido fuerte y no reacciona, pero el $\mathrm{NH_4^+}$ es el ácido conjugado de 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 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.