Ejercicio resuelto de Ácido-Base · Química · 2021

Cuestión 4. Química ácido-base.

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

a) El pH de la sangre es de 7,4 y el de un vino 3,4. Por lo tanto, la concentración de protones en la sangre es 10000 veces menor que en el vino.

b) El pH de una disolución acuosa de ${\text{NaNO}}_3$ es ácido.

c) En el equilibrio: ${\text{HCO}}_3^{-}(ac)+{\text{H}}_2\text{O}(l)\rightleftharpoons {\text{CO}}_3^{2-}(ac)+{\text{H}}_3{\text{O}}^{+}(ac)$, la especie ${\text{HCO}}_3^{-}$ actúa como base de Brönsted-Lowry.

d) Una disolución acuosa de KF tiene un pH neutro.

Dato: $K_a(\text{HF})=\mathrm{6,3}\cdot {10}^{-4}$.

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{El}}\mathbf{\text{pH}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{sangre}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{7,4}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{vino}}\mathbf{\text{3,4.}}\mathbf{\text{Por}}\mathbf{\text{lo}}\mathbf{\text{tanto,}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{concentraci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{protones}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{sangre}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{10000}}\mathbf{\text{veces}}\mathbf{\text{menor}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{vino.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

$\mathbf{\text{Verdadera}}$. La escala de pH es logarítmica, así que una diferencia de unidades de pH se traduce en una potencia de diez.

$\mathrm{\Delta }\mathrm{p}\mathrm{H}=\mathrm{7,4}-\mathrm{3,4}=\mathrm{4,0}$

$\frac{[{\mathrm{H}}^{+}{]}_{\text{vino}}}{[{\mathrm{H}}^{+}{]}_{\text{sangre}}}=\frac{{10}^{-\mathrm{3,4}}}{{10}^{-\mathrm{7,4}}}={10}^4=10000$

En números: $[{\mathrm{H}}^{+}{]}_{\text{sangre}}=\mathrm{3,98}\cdot {10}^{-8}$ M frente a $[{\mathrm{H}}^{+}{]}_{\text{vino}}=\mathrm{3,98}\cdot {10}^{-4}$ M.

${\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{El}}\mathbf{\text{pH}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{disoluci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{acuosa}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{NaNO}}}_3\mathbf{\text{es}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cido.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

$\mathbf{\text{Falsa}}$. Para saber cómo se comporta una sal hay que mirar de qué ácido y de qué base procede.

El $\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3$ viene de $\mathrm{H}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3$, ácido $\mathbf{\text{fuerte}}$, y de $\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}$, base $\mathbf{\text{fuerte}}$.

El $\mathrm{N}{\mathrm{a}}^{+}$ no tiene ninguna tendencia a ceder protones y el $\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3^{-}$, por ser base conjugada de un ácido fuerte, no tiene ninguna tendencia a captarlos. Ninguno de los dos se hidroliza.

La disolución es $\mathbf{\text{neutra}}$, con pH 7.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{En}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{equilibrio}}\mathrm{H}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3^{-}(ac)+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}(l)\rightleftharpoons \mathrm{C}{\mathrm{O}}_3^{2-}(ac)+{\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+}(ac)\mathbf{\text{,}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{especie}}\mathrm{H}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3^{-}\mathbf{\text{act}}\acute{\mathbf{\text{u}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{como}}\mathbf{\text{base}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{Br}}\ddot{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nsted-Lowry.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

$\mathbf{\text{Falsa}}$. Basta seguir el protón en la ecuación que da el propio enunciado: el $\mathrm{H}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3^{-}$ pierde un hidrógeno y se convierte en $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3^{2-}$, mientras el agua lo recoge y pasa a ${\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+}$.

Quien $\mathbf{\text{cede}}$ el protón es un ácido de Brönsted-Lowry, así que aquí el $\mathrm{H}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3^{-}$ actúa como $\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cido}}$ y el agua como base.

Conviene añadir el matiz: el $\mathrm{H}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3^{-}$ es $\mathbf{\text{anf}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{tero}}$ y en otro equilibrio sí puede actuar como base, captando un protón para dar ${\mathrm{H}}_2\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3$. Pero en el que se propone, no.

$\mathbf{\text{d)}}\mathbf{\text{Una}}\mathbf{\text{disoluci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{acuosa}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{KF}}\mathbf{\text{tiene}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{pH}}\mathbf{\text{neutro.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

$\mathbf{\text{Falsa}}$. El KF procede de $\mathrm{K}\mathrm{O}\mathrm{H}$, base fuerte, y de $\mathrm{H}\mathrm{F}$, ácido $\mathbf{\text{d}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{bil}}$ (el dato $K_a=\mathrm{6,3}\cdot {10}^{-4}$ está precisamente para señalarlo).

El ${\mathrm{K}}^{+}$ no hace nada, pero el ${\mathrm{F}}^{-}$ sí, porque es la base conjugada de un ácido débil y por tanto una base apreciable:

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

Esa hidrólisis libera hidroxilos, así que la disolución es $\mathbf{\text{b}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{sica}}$, con pH mayor que 7.