Ejercicio resuelto de pH · Química · Castilla y León · 2024

Conteste razonadamente las siguientes cuestiones:

a) ¿Cuántos gramos de hidróxido de sodio, $\text{NaOH}$, se necesitan disolver en agua para preparar 100 mL de una disolución de pH = 12? (Hasta 1,0 puntos)

b) ¿Cuántos mL de disolución 0,1 M de ácido clorhídrico, $\text{HCl}$, se necesitan para neutralizar los 100 mL de la disolución anterior? (Hasta 0,5 puntos)

c) ¿Cuál será el pH de la disolución anterior al final de la neutralización? (Hasta 0,5 puntos)

Datos: masas atómicas relativas: $\text{H}=\mathrm{1,01}$; $\text{O}=\mathrm{16,00}$; $\text{Na}=\mathrm{22,99}$.

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{¿Cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{ntos}}\mathbf{\text{gramos}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{hidr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{xido}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{sodio,}}\mathbf{\text{NaOH,}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{necesitan}}\mathbf{\text{disolver}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{agua}}\mathbf{\text{para}}\mathbf{\text{preparar}}\mathbf{\text{100}}\mathbf{\text{mL}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{disoluci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{pH}}\mathbf{\text{=}}\mathbf{\text{12?}}\mathbf{\text{(Hasta}}\mathbf{\text{1,0}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Del pH se pasa a la concentración de hidroxilos:

$\mathrm{p}\mathrm{O}\mathrm{H}=14-12=2\Rightarrow [\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}]={10}^{-2}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\mathrm{/}\mathrm{L}$

El hidróxido de sodio es una base fuerte y está totalmente disociada, así que su concentración coincide con la de hidroxilos:

$\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}\to \mathrm{N}{\mathrm{a}}^{+}+\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}$

$n(\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H})={10}^{-2}\cdot \mathrm{0,100}=\mathrm{1,0}\cdot {10}^{-3}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}$

$M(\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H})=\mathrm{22,99}+\mathrm{16,00}+\mathrm{1,01}=\mathrm{40,00}\mathrm{g}\mathrm{/}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}$

$m=\mathrm{1,0}\cdot {10}^{-3}\cdot \mathrm{40,00}=\mathrm{0,040}\mathrm{g}$

Bastan 40 miligramos, una cantidad muy pequeña que en el laboratorio obligaría a pesar en balanza analítica o, mejor, a preparar la disolución por dilución de otra más concentrada.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{¿Cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{ntos}}\mathbf{\text{mL}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{disoluci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{0,1}}\mathbf{\text{M}}\mathbf{\text{de}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cido}}\mathbf{\text{clorh}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{drico,}}\mathbf{\text{HCl,}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{necesitan}}\mathbf{\text{para}}\mathbf{\text{neutralizar}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{100}}\mathbf{\text{mL}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{disoluci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{anterior?}}\mathbf{\text{(Hasta}}\mathbf{\text{0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

La neutralización entre ácido fuerte monoprótico y base fuerte monohidroxílica es mol a mol:

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

$V(\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l})={\displaystyle \frac{n}{c}}={\displaystyle \frac{\mathrm{1,0}\cdot {10}^{-3}}{\mathrm{0,1}}}=\mathrm{1,0}\cdot {10}^{-2}\mathrm{L}$

Hacen falta 10 mL de la disolución de ácido clorhídrico.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{¿Cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{ser}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{pH}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{disoluci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{anterior}}\mathbf{\text{al}}\mathbf{\text{final}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{neutralizaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n?}}\mathbf{\text{(Hasta}}\mathbf{\text{0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

En el punto de equivalencia no sobra ni ácido ni base: lo único que queda en disolución es cloruro de sodio.

Sus dos iones proceden de electrolitos fuertes, el $\mathrm{N}{\mathrm{a}}^{+}$ de una base fuerte y el $\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$ de un ácido fuerte, de modo que ninguno de los dos se hidroliza: no captan ni ceden protones al agua.

$\mathrm{p}\mathrm{H}=7$

La disolución resultante es neutra. Conviene recordar que esto solo ocurre cuando ácido y base son ambos fuertes; si uno de los dos fuera débil, la sal se hidrolizaría y el pH se apartaría de 7.