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

$\textbf{a) 100 mL de ácido acético 0{,}2 M + 200 mL de hidróxido de sodio 0{,}1 M. (0{,}5 puntos)}$

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

$n(\mathrm{CH_3COOH}) = 0{,}2 \cdot 0{,}100 = 0{,}02\ \mathrm{mol}$

$n(\mathrm{NaOH}) = 0{,}1 \cdot 0{,}200 = 0{,}02\ \mathrm{mol}$

$\mathrm{CH_3COOH} + \mathrm{NaOH} \rightarrow \mathrm{CH_3COONa} + \mathrm{H_2O}$

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.

$\mathrm{CH_3COONa} \rightarrow \mathrm{Na^+} + \mathrm{CH_3COO^-}$

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:

$\mathrm{CH_3COO^-} + \mathrm{H_2O} \rightleftharpoons \mathrm{CH_3COOH} + \mathrm{OH^-}$

Genera $\mathrm{OH^-}$: el pH es $\textbf{básico}$.

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

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

$\mathrm{NH_3} + \mathrm{H_2O} \rightleftharpoons \mathrm{NH_4^+} + \mathrm{OH^-} \qquad K_b = 1{,}8 \cdot 10^{-5}$

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 $\textbf{básico}$.

$\textbf{c) 100 mL de ácido clorhídrico 0{,}2 M + 150 mL de hidróxido de sodio 0{,}2 M. (0{,}5 puntos)}$

$n(\mathrm{HCl}) = 0{,}2 \cdot 0{,}100 = 0{,}02\ \mathrm{mol}$

$n(\mathrm{NaOH}) = 0{,}2 \cdot 0{,}150 = 0{,}03\ \mathrm{mol}$

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

Aquí la base está en exceso: sobran $0{,}03 - 0{,}02 = 0{,}01$ 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:

$\mathrm{NaOH} \rightarrow \mathrm{Na^+} + \mathrm{OH^-}$

El pH es $\textbf{básico}$.

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

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

$\mathrm{NaBrO} \rightarrow \mathrm{Na^+} + \mathrm{BrO^-}$

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

$\mathrm{BrO^-} + \mathrm{H_2O} \rightleftharpoons \mathrm{HBrO} + \mathrm{OH^-}$

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