Ejercicio resuelto de Ácido-Base · Química · La Rioja · 2023

La densidad del ácido clorhídrico concentrado comercial en disolución acuosa es de 1,18 g/mL y tiene una riqueza en peso de $\text{HCl}$ del 35 % (m/m), es decir, 35 gramos de $\text{HCl}$ por cada 100 gramos de disolución. Responda a las siguientes cuestiones:

a) Se desea preparar una disolución acuosa de 750 mL con una concentración 0,8 M de $\text{HCl}$. Calcule el volumen de $\text{HCl}$ comercial necesario para preparar dicha disolución. (0,75 puntos)

b) El $\text{HCl}$ reacciona rápidamente con amoniaco (azano) en una reacción de neutralización ácido-base para dar lugar a cloruro de amonio $(\text{NH}_4\text{Cl})$. ¿Qué cantidad de $\text{HCl}$ 0,8 M, en mililitros, es necesaria para que reaccionen completamente 100 mL de una disolución de amoniaco (azano) 0,3 M? ¿Cuántos gramos de cloruro de amonio se producirán? (0,75 puntos)

c) Sabiendo que el amoniaco o azano es una base débil, determine cualitativamente el carácter ácido, básico o neutro de la disolución resultante de cloruro de amonio del apartado b. (0,5 puntos)

Datos: masas atómicas: $\text{H} = 1{,}0$; $\text{Cl} = 35{,}5$; $\text{N} = 14{,}0$ g/mol.

$\textbf{a) Se desea preparar una disolución acuosa de 750 mL con una concentración 0,8 M de HCl. Calcule el volumen de HCl comercial necesario para preparar dicha disolución. (0,75 puntos)}$

Del ácido comercial se conocen la riqueza y la densidad, así que primero hay que traducirlas a molaridad. Se toma como base de cálculo 1 L de disolución:

$m_{\text{disolución}} = 1{,}18 \cdot 1000 = 1180 \text{ g}$

$m(\mathrm{HCl}) = 1180 \cdot 0{,}35 = 413 \text{ g}$

$c_{\text{comercial}} = \frac{413}{36{,}5} = 11{,}32 \text{ mol/L}$

Los moles que debe contener la disolución que se quiere preparar:

$n = 0{,}8 \cdot 0{,}750 = 0{,}6 \text{ mol}$

Y esos moles tienen que salir del ácido comercial, porque al diluir no se crean ni se destruyen:

$V = \frac{0{,}6}{11{,}32} = 0{,}0530 \text{ L} = 53{,}0 \text{ mL}$

En el laboratorio se medirían esos 53 mL, se verterían sobre parte del agua —nunca al revés, porque la dilución del clorhídrico concentrado desprende calor— y se enrasaría hasta 750 mL.

$\textbf{b) ¿Qué cantidad de HCl 0,8 M, en mililitros, es necesaria para que reaccionen completamente 100 mL de una disolución de amoniaco (azano) 0,3 M? ¿Cuántos gramos de cloruro de amonio se producirán? (0,75 puntos)}$

La neutralización es mol a mol:

$\mathrm{NH_3(ac)} + \mathrm{HCl(ac)} \rightarrow \mathrm{NH_4Cl(ac)}$

$n(\mathrm{NH_3}) = 0{,}3 \cdot 0{,}100 = 0{,}030 \text{ mol}$

$n(\mathrm{HCl}) = 0{,}030 \text{ mol} \quad \Rightarrow \quad V = \frac{0{,}030}{0{,}8} = 0{,}0375 \text{ L}$

$V(\mathrm{HCl}) = 37{,}5 \text{ mL}$

Y la sal formada, con $M(\mathrm{NH_4Cl}) = 14{,}0 + 4\cdot 1{,}0 + 35{,}5 = 53{,}5$ g/mol:

$n(\mathrm{NH_4Cl}) = 0{,}030 \text{ mol} \quad \Rightarrow \quad m = 0{,}030 \cdot 53{,}5 = 1{,}605 \text{ g}$

$\textbf{c) Sabiendo que el amoniaco o azano es una base débil, determine cualitativamente el carácter ácido, básico o neutro de la disolución resultante de cloruro de amonio del apartado b. (0,5 puntos)}$

La disolución resultante es $\textbf{ácida}$.

Que la neutralización sea completa no significa que el pH sea 7: lo que queda en el vaso es la sal, y hay que mirar cómo se comportan sus iones frente al agua.

El $\mathrm{Cl^-}$ es la base conjugada de un ácido fuerte, tan débil que no se hidroliza en absoluto.

El $\mathrm{NH_4^+}$, en cambio, es el $\textbf{ácido conjugado de una base débil}$, y por eso sí reacciona con el agua cediéndole un protón:

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

Esa hidrólisis libera $\mathrm{H_3O^+}$ y hace que el pH baje de 7.

Es la regla general: la neutralización de una base débil con un ácido fuerte da siempre una disolución ácida, del mismo modo que la de un ácido débil con una base fuerte da una básica.