Ejercicio resuelto de Ácido-Base · Química · 2020

Cuestión 4.- Equilibrio ácido-base.

Razone si son verdaderas o falsas las afirmaciones siguientes: (0,5 puntos cada apartado)

a) Según la teoría ácido-base de Brönsted-Lowry, para que un ácido pueda ceder protones no es necesaria la presencia de una base capaz de aceptarlos.

b) La base conjugada del ${\text{HCO}}_3^{-}$ es el ${\text{CO}}_3^{2-}$.

c) El pH de una disolución de cianuro de potasio, KCN, es ácido.

d) El pH de la disolución que se obtiene cuando se mezclan 50 mL de una disolución de ${\text{HNO}}_3$ 0,1 M con 50 mL de una disolución de NaOH 0,1 M es básico.

Dato: $K_a(\text{HCN})=4\cdot {10}^{-10}$.

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Seg}}\acute{\mathbf{\text{u}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{teor}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cido-base}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{Br}}\ddot{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nsted-Lowry,}}\mathbf{\text{para}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{un}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cido}}\mathbf{\text{pueda}}\mathbf{\text{ceder}}\mathbf{\text{protones}}\mathbf{\text{no}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{necesaria}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{presencia}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{base}}\mathbf{\text{capaz}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{aceptarlos.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

$\mathbf{\text{Falsa}}$. La teoría de Brönsted-Lowry define el proceso como una $\mathbf{\text{transferencia}}$ de protones, y una transferencia necesita por fuerza dos partes: quien lo cede y quien lo recoge.

El protón libre no existe en disolución; siempre acaba en algún sitio. Cuando se dice que el HCl "se disocia en agua", lo que ocurre es que el agua actúa de base:

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

Toda reacción ácido-base implica dos pares conjugados.

${\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{La}}\mathbf{\text{base}}\mathbf{\text{conjugada}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{HCO}}}_3^{-}{\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{CO}}}_3^{2-}\mathbf{\text{.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

$\mathbf{\text{Verdadera}}$. La base conjugada de una especie es lo que queda al quitarle un protón:

$\mathrm{H}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3^{-}\rightleftharpoons \mathrm{C}{\mathrm{O}}_3^{2-}+{\mathrm{H}}^{+}$

Conviene notar que el $\mathrm{H}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3^{-}$ es $\mathbf{\text{anf}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{tero}}$: también puede captar un protón, y en ese caso su ácido conjugado es el ${\mathrm{H}}_2\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3$. Pero lo que se pregunta es la base conjugada, y esa es el carbonato.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{El}}\mathbf{\text{pH}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{disoluci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{cianuro}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{potasio,}}\mathbf{\text{KCN,}}\mathbf{\text{es}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cido.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

$\mathbf{\text{Falsa}}$. El KCN procede de una base fuerte, $\mathrm{K}\mathrm{O}\mathrm{H}$, y de un ácido $\mathbf{\text{muy}}$ débil, el HCN, cuya constante lo delata: $K_a=4\cdot {10}^{-10}$.

El ${\mathrm{K}}^{+}$ no se hidroliza, pero el $\mathrm{C}{\mathrm{N}}^{-}$ sí, y de forma acusada, porque cuanto más débil es el ácido más fuerte es su base conjugada:

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

La disolución es $\mathbf{\text{b}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{sica}}$, con pH bastante por encima de 7.

${\mathbf{\text{d)}}\mathbf{\text{El}}\mathbf{\text{pH}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{disoluci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{obtiene}}\mathbf{\text{cuando}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{mezclan}}\mathbf{\text{50}}\mathbf{\text{mL}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{disoluci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{HNO}}}_3\mathbf{\text{0,1}}\mathbf{\text{M}}\mathbf{\text{con}}\mathbf{\text{50}}\mathbf{\text{mL}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{disoluci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{NaOH}}\mathbf{\text{0,1}}\mathbf{\text{M}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{b}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{sico.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

$\mathbf{\text{Falsa}}$. Contando moles:

$n(\mathrm{H}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3)=\mathrm{0,050}\cdot \mathrm{0,1}=\mathrm{5,0}\cdot {10}^{-3}\text{ mol}$

$n(\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H})=\mathrm{0,050}\cdot \mathrm{0,1}=\mathrm{5,0}\cdot {10}^{-3}\text{ mol}$

Son iguales, y aquí —a diferencia de otros casos parecidos— la conclusión sí es la neutra, porque el ácido y la base de partida son $\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{dos}}\mathbf{\text{fuertes}}$.

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

Lo que queda es $\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3$, sal de ácido fuerte y base fuerte: ninguno de sus iones se hidroliza. El pH es 7, $\mathbf{\text{neutro}}$, no básico.