Ejercicio resuelto de pH · Química · Comunidad de Madrid · 2020

A.2 Justifique si el pH de las siguientes disoluciones acuosas es ácido, básico o neutro. Escriba las reacciones correspondientes y realice cálculos sólo cuando lo considere necesario.

a) (0,5 puntos) 100 mL de ácido acético 0,2 M + 200 mL de hidróxido de sodio 0,1 M.
b) (0,5 puntos) Amoniaco.
c) (0,5 puntos) 100 mL de ácido clorhídrico 0,2 M + 150 mL de hidróxido de sodio 0,2 M.
d) (0,5 puntos) Hipobromito de sodio.

Datos: Ka (ácido acético) $=\mathrm{1,8}\times {10}^{-5}$; Ka (ácido hipobromoso) $=\mathrm{2,3}\times {10}^{-9}$; Kb (amoniaco) $=\mathrm{1,8}\times {10}^{-5}$.

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{100}}\mathbf{\text{mL}}\mathbf{\text{de}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cido}}\mathbf{\text{ac}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{tico}}\mathbf{\text{0,2}}\mathbf{\text{M}}\mathbf{\text{+}}\mathbf{\text{200}}\mathbf{\text{mL}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{hidr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{xido}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{sodio}}\mathbf{\text{0,1}}\mathbf{\text{M.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Lo primero es ver si sobra alguno de los dos reactivos:

$n(\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H})=\mathrm{0,2}\cdot \mathrm{0,100}=\mathrm{0,02}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}$

$n(\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H})=\mathrm{0,1}\cdot \mathrm{0,200}=\mathrm{0,02}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}$

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}+\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}\to \mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{N}\mathrm{a}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

Las cantidades son iguales y la estequiometría es 1 a 1, así que la neutralización es completa. Pero eso no significa que la disolución sea neutra: hay que mirar la sal que queda.

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{N}\mathrm{a}\to \mathrm{N}{\mathrm{a}}^{+}+\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{C}\mathrm{O}{\mathrm{O}}^{-}$

El sodio procede de una base fuerte y no se hidroliza; el acetato, en cambio, es la base conjugada de un ácido débil y sí lo hace:

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{C}\mathrm{O}{\mathrm{O}}^{-}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\rightleftharpoons \mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}+\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}$

Genera $\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}$: el pH es $\mathbf{\text{b}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{sico}}$.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Amoniaco.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

El amoniaco es una base débil y reacciona parcialmente con el agua:

$\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\rightleftharpoons \mathrm{N}{\mathrm{H}}_4^{+}+\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}{K}_b=\mathrm{1,8}\cdot {10}^{-5}$

El valor de $K_b$, muy superior al que corresponde a la simple autoionización del agua, garantiza que se generan bastantes hidroxilos: el pH es $\mathbf{\text{b}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{sico}}$.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{100}}\mathbf{\text{mL}}\mathbf{\text{de}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cido}}\mathbf{\text{clorh}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{drico}}\mathbf{\text{0,2}}\mathbf{\text{M}}\mathbf{\text{+}}\mathbf{\text{150}}\mathbf{\text{mL}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{hidr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{xido}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{sodio}}\mathbf{\text{0,2}}\mathbf{\text{M.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

$n(\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l})=\mathrm{0,2}\cdot \mathrm{0,100}=\mathrm{0,02}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}$

$n(\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H})=\mathrm{0,2}\cdot \mathrm{0,150}=\mathrm{0,03}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}$

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

Aquí la base está en exceso: sobran $\mathrm{0,03}-\mathrm{0,02}=\mathrm{0,01}$ mol de hidróxido de sodio. El NaCl formado procede de ácido fuerte y base fuerte y no se hidroliza, así que no influye. Todo lo decide el hidróxido sobrante, que es una base fuerte totalmente disociada:

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

El pH es $\mathbf{\text{b}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{sico}}$.

$\mathbf{\text{d)}}\mathbf{\text{Hipobromito}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{sodio.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Es la sal de un ácido débil, el hipobromoso, y una base fuerte. En disolución está totalmente disociada:

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

El sodio no se hidroliza, pero el hipobromito, por ser la base conjugada de un ácido débil, sí:

$\mathrm{B}\mathrm{r}{\mathrm{O}}^{-}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\rightleftharpoons \mathrm{H}\mathrm{B}\mathrm{r}\mathrm{O}+\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}$

El pH es $\mathbf{\text{b}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{sico}}$. Y lo será bastante, porque el ácido hipobromoso es muy débil ($K_a=\mathrm{2,3}\cdot {10}^{-9}$) y su base conjugada, en consecuencia, fuerte para lo que cabe esperar de un anión.