equilibrio acidobase_coleccion cuestiones y problemas_sol

7/23/2019 Equilibrio AcidoBase_COLECCION Cuestiones y Problemas_SOL

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CUESTIONES

1. Completar los siguientes equilibrios ácido-base de Brönsted-Lowry, caracterizando loscorrespondientes pares ácido-base conjugados:

...+ H2O ↔ CO32− + H3O

+ NH4

+ + OH− ↔ H2O +......+ H2O ↔ H3O+ + SO42−

Solución.Brönsted-Lowry

Ácido es toda sustancia capaz de ceder protones. Como es lógico, ningún ácido puede ceder protones si no están presentes otras sustancias capaces de aceptarlos, y que reciben el nombre de bases.

Base es toda sustancia capaz de aceptar protones. Si lo hace de una molécula de agua, formaráiones hidroxilo.

HCO3 + H2O ↔ CO32− + H3O

+ Pares conjugados: HCO3

− / CO32− ; H2O / H3O

+

NH4+ + OH− ↔ H2O + NH3

Pares conjugados: NH4+ / NH3 ; OH− / H2O

HSO4 + H2O ↔ H3O+ + SO4

2− Pares conjugados: HSO4

− / SO42− ; H2O / H3O

+

2. Clasifique como ácidos o bases las siguientes especies: agua, sulfuro de hidrógeno, iónamonio, ión hidrógeno-sulfato (bisulfato) y aluminio(III). Defina los conceptos aplicados.Solución.

• H2O. Sustancia anfótera, tiene igual fortaleza como base que como ácidoÁcido: Sustancia capaz de ceder protones.Base: Sustancia capaz de ceder OH−.

2H2O H3O+ + OH−

• H2S. Ácido.Ácido: Sustancia capaz de ceder protones.

H2S + H2O HS−

+ H3O+ • NH4

+. ÁcidoÁcido: Sustancia capaz de ceder protones.

NH4+ + H2O NH3 + H3O

+

• HSO4−. Sustancia anfótera.

Ácido: Sustancia capaz de ceder protones.HSO4

− + H2O SO42− + H3O

+ Base: Sustancia capaz de captar protones.

HSO4− + H2O H2SO4 + OH−

• Al3+.

Ácido: Sustancia que contiene un átomo con uno o varios orbitales atómicos vacíos capaces de aceptar un par ó varios pares electrónicos en un enlace covalente coordinado.Al3+: 1s2; 2s2 p6; 3s0 p0

3. Concepto de hidrólisis. Deducción de la constante de hidrólisis en una sal de ácido fuerte y base débil (por ejemplo, cloruro amónico)Solución.

De acuerdo con la teoría de Brönsted-Lowry, la hidrólisis no es sino una reacción ácido-base enla que un anión, actuando como base, reacciona con el agua que actúa como ácido:

{{

{ 321

212

1 BaseÁcidoÁcido

2Base

HOHAOHA −−+⇔+

o bien un catión ácido, reacciona con el agua que actúa como base:

{321

321321

2121 Ácido

2BaseBase

2Ácido OHBOHOH2B

++

+⇔+



- 2 -

El cloruro amónico es una sal soluble en agua. NH4Cl NH4

+ + Cl−

El ión cloruro procede de un ácido fuerte, por lo tanto es una base conjugada débil que no produce hidrólisis. El ión amonio en cambio procede de una base débil y es un ácido conjugado fuertecapaz de producir hidrólisis.

NH4

+

+ H2O NH3 + H3O+

El equilibrio está regido por la constante:

+

+⋅=

4

33

h NH

OH NHk

La constante se puede obtener a partir de la constante de disociación de la base y del productoiónico del agua.

3

34

b3423 NH

OH NHk :OH NHOH NH

++

++ ⋅

=+↔+

−+−+ ⋅=+↔ OHOHk :OHOHOH2 3w32

Dividiendo el producto iónico del agua entre la constante de disociación de la base se obtiene laconstante de hidrólisis del ácido conjugado.

+

+

++

−+ ⋅=

⋅

⋅==

4

33

3

34

3

b

wh

NH

OH NH

NH

OH NH

OHOH

k

k k

4. El rojo de metilo, abreviadamente HR, es un indicador ácido-base cuyo pk a= 5.1, siendo laforma ácida de color rojo y la forma ionizada de color amarillo. Sabiendo que el color rojo se percibesobre el amarillo cuando la concentración de la forma ácida es 10 veces mayor que la de la forma

ionizada, y que el color amarillo se percibe sobre el rojo cuando la concentración de la forma ionizada es10 veces mayor que la de la forma ácida, calcule:a- El intervalo de viraje del indicador.Solución.

Según los datos del enunciado, el indicador es un ácido débil cuya disociación está regida por elvalor de la constante k a

InH

OHInk :OHInOHInH

3

a32

+−

+− ⋅

=+↔+

De la expresión de la constante se puede despejar la concentración de los protones:

−

+ =In

InHk OH a3

Tomando −log en ambos miembros de la igualdad:

( )−−

+ −−=

−=−In

InHlogk log

In

InHk logOHlog aa3

Simplificando −log con la expresión p

−−=

In

InHlog pk pH a

El color ROJO se percibe sobre el AMARRILLO cuando la concentración de la forma ácida(InH) es 10 veces mayor que la ionizada (In−):

1'411'510log pk In

In10

log pk In

InHlog pk pH:In10InH aaa =−=−=−=−== −

−

−−



- 3 -

El color AMARRILLO se percibe sobre el ROJO cuando la concentración de la forma ionizada(In−) es 10 veces mayor que la ácida (InH):

1'611'510

1log pk

InH10

InHlog pk

In

InHlog pk pH:InH10In aaa =+=−=−=−==

−

−

El intervalo de viraje está comprendido entre ( )6'1,1'4

b- El cambio de color que experimentará dicho indicador cuando se valora ácido clorhídrico conhidróxido de sodio y cuando se valora hidróxido de sodio con ácido clorhídrico.

Solución.El equilibrio de disociación del indicador depende de la concentración de protones de la

disolución. Si la disolución es ácida el indicador estará desplazado hacia su forma ácida ya los protonesde la disolución impiden la disociación del indicador.

+−+ ←+

+

OHInOHInH 3H

2

Si la disolución es básica ocurrirá lo contrario, la presencia de grupos oxidrilos facilitará la

disociación del indicador encontrándose este en su forma disociada.+−

+ → +

−

OHInOHInH 3OH

2

Cuando se valora ácido clorhídrico con hidróxido sódico, la disolución pasa de ácido a base, porlo tanto pasará de la forma ácida (ROJO) a la forma ionizada (AMARILLA). En caso contrario será alrevés, si valoramos hidróxido sódico con ácido clorhídrico la disolución pasará de AMARILLA a ROJA.

5. Complete las siguientes reacciones, teniendo en cuenta el carácter ácido-base de dichoshidruros:

NH3 + H2O→

HF + NH3 →H2O + HF →

Solución.•

−+

+↔+ OH NHOH NH 423 . Equilibrio de disociación del amoniaco. Base débil.

• F NH NHHF 43 →+ . Reacción de neutralización entre un ácido y una base.

• +−

+↔+ OHFHFOH 32 . Equilibrio de disociación del Fluorhídrico. Ácido débil.

6. Indique y razone la veracidad o falsedad de las siguientes afirmaciones:a- La fortaleza de un ácido no depende de su concentración, sino de su constante de disociación. b- Para detectar el punto final de la valoración de ácido clorhídrico con hidróxido de sodio, se dispone

de un indicador bicoloreado HIn/In-, en el cual, el color de la especie HIn es rojo y el de la In − esazul. El punto final de la valoración, se observará cuando la disolución cambie de azul a rojo.

c- Una disolución reguladora o tampón es aquella que está formada por un ácido débil y su base

conjugada, de tal manera que su pH permanece prácticamente constante, cuando se adicionan pequeñas cantidades de ácido o base fuerte.d- El pH de una disolución de acetato de sodio es ácido.Solución.

a) VERDADERO. La fortaleza de un ácido depende del grado de disociación de este, a mayordisociación mayor fortaleza como ácido. La constante de disociación de un ácido da la relaciónentre la concentración de ácido disociado y la de ácido sin disociar, por tanto, a mayor constantemayor grado de disociación y más fortaleza como ácido.

b) FALSO. Por estar valorando un ácido con una base, el indicador debe virar de la forma ácida ala forma disociada, en este caso de ROJO a AZUL.

c) VERDADERO. El ácido actúa como reserva ácida, reaccionando ante la presencia de bases, y

su base conjugada actúa como reserva básica, reaccionando ante la presencia de ácidos, permaneciendo constante en ambos casos la concentración de protones.



- 4 -

Disolución tampón:+− +↔+ OHAOHHA 32

Al añadir un ácido, el equilibrio se desplaza a la izquierda, la base conjugada A − capta los protones del ácido y forma AH, permaneciendo prácticamente la concentración de protones inalterada.

+−

+ ←+

+

OHAOHHA 3

H

2

Al añadir una base, el equilibrio se desplaza hacia la derecha, el ácido HA de disocia generando protones y de esta forma contrarrestar la presencia de grupos OH−, permaneciendo prácticamente laconcentración de protones inalterada.

+− + → + −

OHAOHHA 3OH

2

d) FALSO. El acetato sódico se disocia generando Na+ (base conjugada débil, proviene de una basefuerte) y CH3−COO− (base conjugada fuerte, proviene de un ácido débil). El único ión que tienela fortaleza para romper la molécula de agua es el acetato, que captar un protón y formar ácidoacético, liberando grupos OH− generando un pH básico (pH > 7)

7. Complete las siguientes reacciones y justifique la formación de los productos de las mismas enfunción de la naturaleza de los reactivos:a) NH4Cl + KOH → b) NH3 + HF → c) NaH + H2O → d) H2O + NH3

→ Solución.

a) El ión amonio NH4+ es un ácido conjugado fuerte y capta los iones hidroxilo que libera el la base

fuerte (KOH), formándose hidróxido amónico y y cloruro potásico. NH4Cl + KOH → NH4OH + KCl

b) Reacción de neutralización entre un ácido (HF) y una base (NH3) ambos débiles, formándose lacorrespondiente sal.

NH3 + HF → NH4Fc)

Los hidruros de los metales alcalinos y alcalinotérreos dan reacciones muy enérgicas con elagua, desprendiendo hidrógeno molecular y formando el hidróxido del metal.

NaH + H2O → NaOH + H2 d) Equilibrio de ionización de una base débil.

H2O + NH3 NH4OH

Si los productos obtenidos en cada caso se vierten sobre agua. ¿Qué pH tendría la disolución resultante?DATOS: K (HF) = 6.31×10 – 4 K ( NH4OH ) = 1.8×10 – 5 Solución.

a) −+−+ +++ → + ClK OH NHKClOH NH 4OH

42 Disolución básica pH > 7

b)

×=×

==+↔+

×=

×

==+↔+

+ → −

−

−−−

−

−

−++

−+

114

14

a

w2

105

14

b

w3324

4OH4

106'1103'6

10

k

k k :OHHFOHF

106'5

108'1

10

k

k k :OH NHOH NH

:F NHF NH 2

El pH será ligeramente ácido puesto que el amonio tiene mayor fuerza como ácido conjugadoque el fluoruro como base conjugada, como pone de manifiesto los valores de sus respectivasconstantes de hidrólisis.

c) −+ + → OH Na NaOH OH2 Base fuerte pH > 7

d) −+ + → OH NHOH NH 4OH

42 Base débil pH > 7



- 5 -

8. Se sabe que el valor numérico del producto iónico del agua, K w., aumenta al elevar latemperatura. Responda razonadamente a las siguientes cuestiones:a. ¿El equilibrio 2H2O (l) ↔ H3O

+(aq) + OH – (aq) es exotérmico ó endotérmico? b. ¿Puede existir un valor de pH cero o negativo? ¿Qué significado tendría respecto al carácter ácido-

base?Solución.

a)

Si al elevar la temperatura, la constante de equilibrio aumenta, el equilibrio se desplaza hacia laderecha, por lo que la reacción consume calor de derecha a izquierda, por lo tanto esendotérmica.

b) Si. La disolución será muy ácida, y la concentración de protones será mayor o igual que 1

110OH pH3 ≥=

−+

9. Considere los siguientes iones y moléculas: CN− , O2−- ,OH−, K +, NH4+ , HCN, NH3 y H2O.

Razone, según el concepto de Brönsted y Lowry:a) Cuál o cuáles pueden comportarse como ácido. b) Cuál o cuáles pueden comportarse como base.Solución.

a)

Ácido es toda sustancia capaz de ceder protones. Como es lógico, ningún ácido puede ceder protones si no están presentes otras sustancias capaces de aceptarlos, y que reciben el nombre de bases.

K + + H2O KOH + H3O+

NH4+ + H2O NH3 + H3O

+ HCN + H2O CN− + H3O

+ 2H2O H3O

+ + OH−

b) Base es toda sustancia capaz de aceptar protones. Si lo hace de una molécula de agua, formaráiones hidroxilo.

CN− + H2O HCN + OH− O2− + H2O 2OH−

OH− + H2O H2O + OH−

NH3 + H2O NH4+ + OH− 2H2O OH− + H3O

+

10.a) Explique el concepto de hidrólisis

Formulando las reacciones adecuadas, indique cualitativamente el pH de las siguientes disoluciones: . b) Fluoruro sódico.c) Nitrato sódicod) Sulfato amónico.

Solución.a) De acuerdo con la teoría de Brönsted-Lowry, la hidrólisis es una reacción ácido-base en la que

un anión, actuando como base, reacciona con el agua que actúa como ácido:

{{

{ 321

212

1 BaseÁcidoÁcido2

Base HOHAOHA −−

+⇔+

o bien un catión ácido, reacciona con el agua que actúa como base:

{321

321321

2121 Ácido

2BaseBase

2Ácido

OHBOHOH2B +++⇔+

Las constantes de estos equilibrios reciben el nombre de constantes de hidrólisis K H .

b) −++ → F Na NaF OH2 El catión sodio (Na+) es un ácido conjugado débil por que proviene de

una base conjugada fuerte (NaOH), no produce hidrólisis. El anión fluoruro (F−) es una baseconjugada fuerte por que proviene de un ácido débil (HF; K a = 3,5×10−4), produce hidrólisis.

−−+↔+ OHHFOHF 2 pH > 7 Básico



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c) −+ + → 3OH

3 NO Na NaNO 2 El catión (Na+) y el anión nitrato (NO3−) son sistemas conjugados

débiles que no producen hidrólisis por que provienen de respectivamente de una base y un ácidofuerte. El pH de la disolución es neutro (pH ≈ 7)

d) ( ) −+ + → 244

OH424 SO NH2SO NH 2 El catión amonio (NH4

+) y el anión sulfato (SO42−) son

sistemas conjugados fuertes pero con distinta fortaleza, produciendo ambos hidrólisis.10

a3324 106'5K ;OH NHOH NH −++ ×=+↔+ 13

b4224 103'8K ;OHHSOOHSO −−−− ×=+↔+

El catión amonio tiene mayor fortaleza como ácido conjugado que el anión sulfatocomo base conjugada, como pone de manifiesto los valores de sus respectivas constantes, por loque prevalece la hidrólisis de catión generando un pH ligeramente ácido.

11. a) Razone por qué la constante de ionización de un ácido proporciona información acerca de su fuerza

como tal. b) Sin hacer cálculos pero razonando la respuesta, ordene las siguientes disoluciones (toda ellas de la

misma concentración) según su pH creciente:

− Acido metanoíco− Acido perclórico− Acido etanoico

Datos: K a etanoico = 5,6 x 10-10 K a metanoíco = 2 x 10-4 K a perclórico = ∞

Solución.a) La constante de ionización de un ácido proporciona información de la relación en la que se

encuentran las concentraciones de la de la forma disociada y la forma ácida en el equilibrio. Amayor valor de la constante mayor grado de disociación del ácido y por tanto mayor fortaleza delmismo, puesto que la fortaleza de un ácido aumenta con su grado de disociación.

b) Según el apartado anterior a mayor constante mayor fortaleza como ácido, mayor concentración

de protones en el equilibrio, y por tanto menor pH +−= OHlog pH 3 .

( ) ( ) ( )COOHCHCH pHHCOOH pHHClO pH 234 −−<<

12. Dadas las especies químicas; CO32−, HS−, HCO3

−, S2−-, NH4+, H2CO3, NH2

−, estudiar su posible comportamiento como ácido, base o sustancia anfiprótica.Solución.

Según BRÖNSTED Y LOWRY:Ácido es toda sustancia capaz de ceder protones. Como es lógico, ningún ácido puede ceder

protones si no están presentes otras sustancias capaces de aceptarlos, y que reciben el nombre de bases. Base es toda sustancia capaz de aceptar protones. Si lo hace de una molécula de agua, formará

iones hidroxilo.Anfipróticas ó anfóteras sustancias que se comportan, según los casos, como ácidos o como

bases.

•

−−−

+↔+ OHHCOOHCO 3223 Base

•

+↔+

+↔+−−

+−−

Base;OHSHOHHS

Ácido;OHSOHHS

22

32

2 Anfitrópica

•

+↔+

+↔+−−

+−−

Base;OHCOHOHHCO

Ácido;OHCOOHHCO

3223

32323 Anfitrópica

•

−−− +↔+ OHHSOHS 22 Base

•

++ +↔+ OH NHOH NH 3324 Ácido

•

+− +↔+ OHHCOOHCOH 33232 Ácido

•

+↔+

+↔+

−−

+−−

Base;OH NHOH NH

Ácido;OH NHOH NH

322

32

22

Anfitrópica



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13. Identificar los pares ácido/base conjugados de Bronsted-Lowry en las reacciones:a) H2CO3 + H2O ↔ H3O

+ + HCO3−

b) NH4+ + H2O ↔ NH3 + H3O

+ c) HCO3

− + OH− ↔ H2O + CO32−

d)

HCO3−

+ HCO3−

↔ H2CO3 + CO32−

Solución.

a) Ácido / Base conjugada:−

3

32

HCOCOH .

Base / Ácido conjugado:+OH

OH

3

2

b) Ácido / Base conjugada:3

4 NH

NH+

Base / Ácido conjugado:+OH

OH

3

2

c) Ácido / Base conjugada:−

−

23

3

COHCO

Base / Ácido conjugado: OHOH

2

−

d) Ácido / Base conjugada:−

−

23

3

COHCO

Base / Ácido conjugado:32

3COH

HCO−

14. Utilizando las teorías estudiadas clasificar como ácidas o bases los iones siguientes: Br −, S2−,

Al3+ y Zn2+.Solución.

Según la teoría de LEWISÁcido es toda sustancia que contiene un átomo con uno o varios orbitales atómicos vacíos

capaces de aceptar un par ó varios pares electrónicos en un enlace covalente coordinado.Base es toda sustancia que contiene un átomo capaz de ceder un par electrónico para formar un

enlace covalente coordinado.

• Br −: Base.• S2−: Base.• Al3+: Ácido.• Zn2+: Ácido.

15. Justifique la veracidad o falsedad de las siguientes afirmaciones referidas a una disoluciónacuosa diluida de un ácido fuerte monoprótido (HA):

a) La concentración de iones H3O+ es mayor que la de iones A−

b) Las concentraciones de iones H3O+, de iones A− y de moléculas HA son aproximadamente

igualesc) Solamente hay iones H3O

+ e iones A− en la misma proporción molar.d) Una disolución acuosa de la sal de sodio de dicho ácido tiene un pH neutro.

Solución.Disociación de un ácido fuerte monoprótido:

+−+→+ OHAOHHA 32

a) FALSO. La disociación de ácido en uno a uno, por lo que la concentraciones de H3O+ y A− son

igualesb)

FALSO. Por se un ácido fuerte, la concentración de ácido sin disociar (HA) es prácticamentenula. Los ácidos fuertes se disocian totalmente.



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c) VERDADERO. Por ser un ácido fuerte y además monoprótido.d) VERDADERO. El catión sodio es un ácido conjugado muy débil que no tiene capacidad para

producir hidrólisis, el anión proveniente de la disociación del ácido (A−) es una base conjugadadébil, que tampoco es capaz de producir la hidrólisis, por lo tanto la disolución tendrá pH neutro.

16. Justifique razonadamente si las disoluciones siguientes pueden comportarse como

disoluciones reguladoras o tampón:a) Una disolución de ácido nítrico-nitrato de sodio. b) Una disolución de cloruro de amonio-amoniaco.

Solución.Las disoluciones reguladoras, según sean ácidas ó básicas están formadas:

- Ácida: Ácido débil / Base conjugada (generalmente una sal soluble de dicho ácido).- Básica: Base débil / Ácido conjugado (generalmente una sal soluble de dicha base).

a) HNO3 / NaNO3. NO. Por ser el ácido nítrico un ácido fuerte.b) NH4Cl / NH3. SI. Por ser una base débil (NH3) y su base conjugada (NH4

+).

17. a) Defina el concepto de hidrólisis. Justifique si las disoluciones:

a.1. Fluoruro de sodio

a.2. Acetato de sodioTendrán pH ácido, neutro o alcalino.DATOS: K a (ácido fluorhídrico) = 6×10−4; K a (ácido acético) = 1’7×10−5 Solución.

Hidrólisis: Es la reacción de un ión procedente de la disociación de una sal con el agua, produciendo la ruptura de la molécula de agua para formar el ácido ó la base del que procede.

−−+↔+ OHHAOHA 2

++

+↔+ OHBOHOHB 32

a.1. −+

+→+ F NaOH NaF 2

El catión Na+ procede de una base fuerte (NaOH) y se comporta como ácido conjugado muydébil y no produce hidrólisis.

El F− procede de un ácido débil (HF) y se comporta como una base conjugada fuerte siendocapaz de generar la hidrólisis produciendo en la disolución un pH básico.

−−+↔+ OHHFOHF 2

a.2. +−+−→+− NaCOOCHOHCOONaCH 323

El catión Na+ procede de una base fuerte (NaOH) y se comporta como ácido conjugado muydébil y no produce hidrólisis.

El CH3−COO− procede de un ácido débil y se comporta como una base conjugada fuerte siendocapaz de generar la hidrólisis produciendo en la disolución un pH básico.

−−+−↔+− OHCOOHCHOHCOOCH 323

b)

Defina el concepto de disolución reguladora o tampón. Ponga algún ejemplo de ese tipo dedisolución.

Solución.Las disoluciones reguladoras, amortiguadoras ó tampón, se caracterizan porque su pH

permanece constante con la dilución y, además, admiten pequeñas cantidades de ácido o de base, sin quesu pH varíe apreciablemente.

Las disoluciones reguladoras pueden ser de dos tipos diferentes:a) Disolución concentrada de un ácido débil y una de sus sales muy disociada.

Ejemplo: Ácido acético / Acetato sódico. (CH3−COOH / CH3−COONa)

b) Disolución concentrada de una base débil y una de sus sales muy disociada.Ejemplo: Amoniaco/ Cloruro amónico. (NH3 / NH4Cl)



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18. Razone la validez o no de las siguientes afirmaciones:a) Un ácido y su base conjugada reaccionan entre sí para formar sal más agua.

Solución.FALSO. Si el ácido es débil, mantendrán un equilibrio de disociación en función de su constante

de disociación. Si el ácido es fuerte se disociará totalmente quedando únicamente su base conjugada.

b)

El agua como ácido es su propia base conjugada.Solución.FALSO. La base conjugada del agua es OH−.

c) La base conjugada de un ácido débil es una base fuerte.Solución.

VERDADERO. La fortaleza de los pares conjugados es inversa. Si un ácido es fuerte, su baseconjugada es débil y viceversa. Igual pasará con las bases

d) Una base y su ácido conjugado reaccionan para dar soluciones neutras.Solución.

FALSO. Depende de la fortaleza de la base y de su ácido conjugado.

19. Indicar, de acuerdo con la teoría de Bronsted-lowry, cuáles son las bases conjugadas de lossiguientes ácidos H2SO4, H3O

+, NH4+, HS−, H2Se, HPO3

2−.Solución.

• H2SO4 HSO4−

• H3O+ H2O

• NH4+ NH3

• HS− S2− • H2Se HSe− • HPO3

2− PO33−

20. Explicar cuál de las siguientes sustancias tienen propiedades anfipróticas: H3O+, Ac−, HCO3

−,

NO3

−

, NH4

+

, H2S.Solución.Se denominan sustancias anfipróticas o anfóteras a las que puede actuar como ácido o como

base, dependiendo de las otras sustancias a las que se enfrente. De los compuestos propuestos solo secomporta como anfiprótica el carbonato ácido (HCO3

−).

• Comportamiento ácido: +−−

+→+ OHCOOHHCO 32323

• Comportamiento básico: −−+→+ OHCOHOHHCO 3223



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PROBLEMAS DE pH

1. Hallar el pH de las siguientes disoluciones:a) Ácido nítrico 0’5 N

Solución. El pH de una disolución se calcula conocida la concentración de protones de la disolución según

su definición:( )o3 clogOHlog pH −=−=

+

El ácido nítrico es un ácido fuerte y por tanto, se disocia totalmente según el siguiente cuadr5ode reacción:

La concentración debe ir expresada en moles por litro. Teniendo en cuenta la relación entre lanormalidad y la molaridad

N = M · v

v(ácida HNO3) = 1 N = M = 0’5

( ) 3'05'0log pH =−=

b) Potasa 0’75 MSolución.

Por tratarse de una disolución básica, se calcula el pOH −−= OHlog pOH , conocido el pOH

se calcula el pH por la relación: pH + pOH = 14

El KOH es una base fuerte y al igual que el ácido nítrico se disocia totalmente según el siguientecuadro de reacción:

( ) ( ) 12'075'0logclogOHlog pOH o =−=−=−= −

pH = 14 − 0’12 = 13’88

c) Ácido clorhídrico 0’5 MSolución.

Ácido fuerte que esta totalmente disociado.

( ) ( ) 3'05'0logclogOHlog pH o3 =−=−=−= +

d) Hidróxido sódico 0’5 MSolución.

Base fuerte que esta totalmente disociada.

( ) ( ) 3'05'0logclogOHlog pOH o =−=−=−= −

pH = 14 − 0’3 = 13’7



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e) Ácido acético 0’1 M K a = 1’85·10−5 Solución.

El ácido acético es un ácido débil y, por tanto, mantiene un equilibrio de disociación que estáregido por su constante (K a). La disociación se lleva a cabo según muestra el siguiente cuadro dereacción, donde co es la concentración inicial de ácido y es su grado de disociación:

Aplicando la ley de la dilución de Ostwald al equilibrio y usando las siguientes abreviaturas parasimplificar la expresión de la constante (CH3−COOH ≡ AcH; CH3−COO− ≡ Ac−) se obtiene:

AcH

OHAcK

3

a

+− ⋅=

Sustituyendo las concentraciones por sus expresiones en función de la concentración inicial (co)y el grado de disociación () y simplificando se obtiene:

α−

α=α−

α⋅α= 1

c

cc

ccK

2

oooooa

Expresión que conocida la concentración inicial y el valor de la constante se puede transformar en unaecuación de segundo grado en función del grado de disociación.

0K K c aa2

o =−α+α

En el caso de disoluciones no muy diluidas de ácidos o bases débiles de constante inferior a 10−5,merece la pena hacer una hipótesis inicial del valor de que permita despreciarlo frente a 1, de tal formaque el denominador de la expresión desaparece, simplificando el calculo del grado de disociación. Si lahipótesis, al concluir los cálculos no se cumpliese, se volvería a la ecuación de segundo grado y sevolvería. Una hipótesis que suele dar buenos resultados es suponer que < 0’05

o

a2oa

2o

a c

K :despejando cK

111

c

K :5.0:Hipótesis =αα=⇒

→α−α−

α=

<α

Sustituyendo por los valores de la constante y la concentración inicial

0134'01'0

108'1 5

=×

=α−

Valor que verifica la hipótesis y se acepta como válido.

Nota: Si se resuelve mediante la ecuación de segundo grado, el valor de que se obtiene es de 0’0133,que difiere en menos de una milésima del valor obtenido mediante la hipótesis.

Conocido el grado de disociación, se calcula la concentración de protones (H3O+), y de está el

pH.3

o3 1034'10134'01'0cOH −+ ×=⋅=α=

( ) 9'21034'1logOHlog pH 33 =×−=−= −+

f) Amoniaco 0’5 M K b = 1’8·10−5 Solución.

El amoniaco es una base débil que mantiene un equilibrio de disociación regido por su constantede basicidad (K b). Para calcular su pH, se calcula la concentración de hidroxilos (OH−) mediante ley de ladilución de Ostwald, conocida la concentración de hidroxilos se calcula el pOH, y con el pOH se calculael pH mediante la relación entre ellos.

La disociación se lleva a cabo según muestra el siguiente cuadro de reacción, donde c o es la

concentración inicial de ácido y es su grado de disociación:



- 12 -

Aplicando la ley de Ostwald

[ ] ( ) α−

α

=α−

α⋅α

=

⋅

=

−+

1

c

1c

cc

NH

OH NH

K

2o

o

oo

3

4a

Expresión que relaciona el grado de disociación con la constante de basicidad y la concentracióninicial de la base. Para calcular se recurre a la hipótesis.

o

a2oa

2o

ac

K :despejando cK

111

cK :05.0:Hipótesis =αα=⇒

→α−α−

α=<α

Válida05'01065'0

108'1 35

⇒<×=×

=α −−

Conocido el grado de disociación se calcula la concentración de hidroxilo33

o 1031065'0cOH −−− ×=×⋅=α=

Por la definición:( ) 5'2103logOHlog pOH 3 =×−=−= −−

5'115'214 pOH14 pH =−=−=

g) Ácido cianhídrico 1’5 M K a = 7’25·10−10 Solución.

El ácido cianhídrico (HCN) es un ácido muy débil cuyo equilibrio de disociación está regido porsu constante de acidez (K a).

La disociación se lleva a cabo según muestra el siguiente cuadro de reacción, donde c o es laconcentración inicial de ácido y es su grado de disociación:


[ ] α−

α=

⋅=

+−

1

c

HCN

OHCNK

2o3

a

o

a2oa

2o

ac

K :despejando cK

111


→α−α−

α=<α

Válida05'0102'25'1

1025'7 510

⇒<×=×

=α −−

Conocido el grado de disociación, se calcula la concentración de protones (H3O+), y de está el pH.

55o3 103'3102'25'1cOH −−+ ×=×⋅=α=

( ) 48'4103'3logOHlog pH 53 =×−=−= −+

h) Ácido sulfúrico 0’25 M K 1 = ∞; K 2 = 1’2×10−2 Solución.

Se trata de un ácido diprótico que es fuerte en su primera disociación y ligeramente débil en susegunda disociación. La 1ª disociación se lleva a cabo según muestra el siguiente cuadro de reacción



- 13 -

La segunda disociación se va haber perjudicada por la presencia de los protones procedentes dela 1ª disociación, según muestra el siguiente cuadro de reacción:

Aplicando la ley de Ostwald a la 2ª disociación y simplificando co:

[ ]( )α−

α+⋅α=

⋅=

−

+−

1

1c

HSO

OHSOK o

4

324

a

Expresión que se puede transformar en una ecuación de 2º grado:

( ) 0K cK c aoa2

o =−α++α

Sustituyendo los valores y resolviendo:

( )

−=α

=α=×−α+×+α −−

,..1

044'0:0102,125'0102,125'0 222

El valor negativo se desprecia por no tener sentido químico.

( ) ( ) 251'044'0125'01cOH o3 =+⋅=α+=+

( ) 58'0261'0logOHlog pH 3 =−=−= +

2. La constante de ionización del ácido metanoíco a 25° C es 2’4·10−4. Calcular la concentraciónde iones hidronio 0’2 M de dicho ácido.Solución.

El ácido metanoico (HCOOH) es un ácido débil cuyo equilibrio de disociación está regido por suconstante de acidez (K a). La disociación se lleva a cabo según muestra el siguiente cuadro de reacción,

donde co es la concentración inicial de ácido y es su grado de disociación:

Aplicando la ley de Ostwald y simplificando co:

[ ] α−

α=

⋅=

+−

1

c

HCOOH

OHHCOOK

2o3

a

o

a2oa

2

oacK :despejando cK

111

cK 05.0:Hipótesis =αα=⇒

→α−α−

α

=<α

Válida05'0035'02'0

104'2 4

⇒<=×

=α−

M107035'02'0cOH 3o3

−+ ×=⋅=α=



- 14 -

3. Una disolución de ácido acético 0’2 M se ioniza al 1’25%. Hallar:a) La concentración de todas las especies en disolución.

Solución. El ácido acético es un ácido débil y, por tanto, mantiene un equilibrio de disociación que está

regido por su constante (K a). La disociación se lleva a cabo según muestra el siguiente cuadro dereacción, donde co es la concentración inicial de ácido y es su grado de disociación:

Conocida la concentración inicial de ácido (co = 0’2) y el grado de disociación ( = 0’0125) secalcula la concentración de todas las especies presentes en el equilibrio con ayuda del cuadro de reacción.

- ( ) ( ) M1975,00125,012'01cCOOHCH o3 =−⋅=α−=

- M105'20125'02'0cOHCOOCH 3o33

−+− ×=⋅=α==

b) La constante de ionización del ácido acético.

Solución. Para la reacción de disociación

la constante se define como:

COOHCH

OHCOOCHK

3

33

a

+− ⋅=

sustituyendo las concentraciones por sus valores en el equilibrio se obtiene el valor de la constante.

533

a 103,31975,0

105,2105,2K −

−−

×=×⋅×

=

4. A 80 ml de una disolución acuosa de hidróxido sódico 0’1 M se le añaden 20 ml de otra deHCl 0’5 M calcular el pH de la disolución resultante.Solución.

Se mezclan dos disoluciones, una básica y otra ácida, en distinta proporción y con diferenteconcentración, produciéndose una reacción de neutralización entre el ácido y la base.

En primer lugar hay que recalcular la concentración del ácido y de la base, ya que al mezclar lasdisoluciones se ha aumentado el volumen de disolución y por tanto se han diluido las concentraciones.Por tratarse de un proceso de dilución, el número de moles de soluto permanece constante.

( ) ( ) f f iif i VMVM:VMn

V

nM:snsn ⋅=⋅

⋅=

==

Aplicando a cada uno de los componentes:

•

NaOH:( ) ( ) ( ) ( )sdV NaOHM NaOHV NaOHM f f ii +⋅=⋅

( ) ( ) M08,0 NaOHM : 10100 NaOHM10801,0 f 3

f 3 =×⋅=×⋅ −−

• HCl:( ) ( ) ( ) ( )sdVHClMHClVHClM f f ii +⋅=⋅

( ) ( ) M1,0HClM : 10100HClM10205,0 f 3

f 3 =×⋅=×⋅ −−

Por tratarse de un ácido y una base muy fuerte se disocian totalmente y por tanto laconcentración de protones coincide con la del ácido y la concentración de hidroxilo coincide con la de la base.

M1'0HClOH ;OHClOHHClo332

==+→+ ++−

M08'0 NaOHOH ;OH NaOH NaOHo2 ==+→+ −−+



- 15 -

Reacción de neutralización:

−+ ⋅= OHOHK 3w

( ) ( )

=

==≈−⋅−=

−−

Válida 08'0x

08'0OHquemayorser porválida No 1'0x:0x08'0x1,010 14

En el equilibrio prácticamente solo quedan grupos H3O+.

M02'008,01'0OH3 =−=+

( ) 1'702'0logOHlog pH 3 =−=−= +

5. Hasta qué volumen habrá que diluir 1 ml de ácido nítrico al 70% en peso y 1’42 g/ml de

densidad para obtener una disolución de pH =2.Solución. +− +→+ OH NOOHHNO 3323

El ácido nítrico es un ácido monoprótico fuerte (HNO3), está totalmente disociado y por tanto laconcentración del ácido coincide con la de protones, que por definición de pH es:

pH3 10OH −+ =

233 10OHHNO −+ ==

Conocida la concentración de la disolución buscada, y mediante la definición de molaridadcalculamos el volumen.

( )

( )

( ) ( )

M

snLV

LV

snM sd

sd

=⇒= +

+

El numero de moles de soluto empleados se obtiene a partir de los datos de la disolucióncomercial:

gr 994'0100

7042'1

100

R mmgr 42'1mL

gr 1'42ml1dVmmL1V sdsR

sdd =⋅== → =⋅=⋅= → = ++

0158'0

molgr 63

gr 994'0

M

mn

s

ss ===

Sustituyendo en el volumen:

( ) ( )

L58'110

0158'0

M

snLV

2sd ===−+

El mililitro de ácido nítrico concentrado hay que diluirlo hasta un volumen de 1’58 L para

obtener un pH = 2

6. Se tiene una disolución cuyo pH =3 y otra cuyo pH =5. Si mezclamos volúmenes iguales deambas disoluciones, ¿cuál será el valor del pH obtenido?Solución.

Se pide calcular la concentración de una disolución que se ha obtenido mezclando volúmenesiguales de concentraciones diferentes. Para resolverlo se debe tener en cuenta que los moles de soluto(H3O

+) de la disolución final debe ser igual a la suma de los moles de soluto que tenia cada una de lasdisoluciones iniciales.

Si denominamos 1 a la disolución de pH = 3 y 2 a la de pH = 5, se debe cumplir:

( ) ( ) ( )+++ += OHnOHnOHn 32313f

aplicando la definición de molaridad

2211f f VMVMVM ⋅+⋅=⋅

Como V1 = V2, la expresión anterior se simplifica.



- 16 -

2

MMM MMM2 21

f 21f +

=⇒+=

M1 y M2 son las concentraciones de protones (H3O+) en cada una de las disoluciones, teniendo

en cuenta la definición de pH:5 pH

23 pH

1 1010M 1010M 21 −−−−

====

sustituyendo en la expresión de la concentración final:

+−

−−

=×=+

=

+

= OH1005'52

1010

2

MMM 3

453

21f

Conocida la concentración de protones de la disolución final se calcula el pH

( ) 3'31005'5logOHlog pH 43 =×−=−=

−+

7. Se dispone de los siguientes volúmenes de dos disoluciones diferentes:Disolución 1: 50 mL de ácido clorhídrico 0.1 MDisolución 2: 50 mL de ácido nítrico 0.4 MDATOS: Masas atómicas: K = 39; O = 16; H = 1

Calcule:a) El pH que resultará si a 10 mL de la disolución 1 se añaden 50.4 mg de hidróxido de potasio.

Solución. Reacción de neutralización entre un ácido fuerte (HCl) y una base fuerte (KOH). Las

concentraciones de hidronio y oxidrilo coinciden con las del ácido y base inicial respectivamente.+−

+→+ OHClOHHCl 32

( ) −++→ OHK aqKOH

− M1.0OHHCl 3 == +

− ( ) M09.0L1010

molgr 56

g104.50

)L(VKOHnOHKOH 3

3

sd

=

×

×

===−

−

+

−

Reacción de neutralización

OH2OHOH 23 ↔+ −+

Puesto que las concentraciones de hidronio (H3O+) y oxidrilo no son muy diluidas, se puede

despreciar la auto ionización del agua, reaccionando hasta que uno de los dos se agote

( ) 201.0logOHlog pH01.0OH 33 =−=−=⇒= ++

b) El pH que resultará si a 10 mL de la disolución 2 se añaden 0.28 g de hidróxido de potasio.Solución.

Reacción de neutralización entre un ácido fuerte (HNO3) y una base fuerte (KOH). Lasconcentraciones de hidronio y oxidrilo coinciden con las del ácido y base inicial respectivamente.

+−+→+ OH NOOHHNO 3323

( ) −++→ OHK aqKOH

− M4.0OHHNO 33 == +

− ( ) M5.0L1010

molgr 56

g28.0

)L(VKOHnOHKOH

3sd

=

×

===−

+

−



- 17 -

Reacción de neutralización

OH2OHOH 23 ↔+ −+

Puesto que las concentraciones de hidronio (H3O+) y oxidrilo no son muy diluidas, se puede

despreciar la auto ionización del agua, reaccionando hasta que uno de los dos se agote

( ) 13114 pOH14 pH11.0logOHlog pOH1.0OH =−=−=⇒=−=−=⇒= −−

c) El pH que resultará al mezclar 25 mL de la disolución 1 con 25 mL de la disolución 2.Solución.

Por ser ambos ácidos fuertes, la mezcla no modifica sus grados de disociación, permaneciendoambos ácidos totalmente disociados, reduciéndose al problema a calcular la concentración de la mezclaresultante, para lo cual se tiene en cuenta:

( ) ( )f 3i3 OHnOHn ++

=∑ ( ) ( ) ( )f 32313 OHnOHnOHn +++

=+

Por la definición de concentración molar:

f f

322

311

3 VOHVOHVOH ⋅=⋅+⋅ +++

sustituyendo por los valores

( ) 33

33 102525OH10254.010251.0 −+−−×+⋅=×⋅+×⋅

( ) 6.00.25logOHlog pHM25.0OH 33 =−=−=⇒= ++

d) Cuántos gramos de hidróxido de potasio se necesitarán para neutralizar 25 mL de la disolución

del apartado cSolución. Reacción de neutralización. En el punto de neutralización, se debe cumplir:

Nº Eq-gr (ácido) nº Eq-gr (base)

Aplicando la definición de normalidad y la de equivalente gramo

b

baa gr Eq

mV N

−=⋅

Para una disolución de ácido fuerte, la normalidad del ácido coincide con la concentración de protones, que por definición de pH es 10− pH.

v

M

mV10

KOH

KOHa

pH=⋅

−

Sustituyendo por los valores:

156

m102510 KOH36.0

=×⋅ −−

Despejandog352'0m KOH =



- 18 -

8. Suponemos que agregamos 0’099 moles de sosa a 0’1 dm³ de disolución 1 M en HCl y que lavariación de volumen es despreciable. ¿Cuántos moles de HCl ionizado habrá en la disolución final?Calcular la [H3O

+] en exceso así como la [OH−] en el equilibrio.Solución.

Reacción de neutralización.Moles iniciales:

•

HCl: mol1'0M1L1.0MVn o =⋅=⋅= • NaOH: mol099'0n o =

Se neutralizan 0.099 moles de NaOH con otros tantos de ácido, quedando sin neutralizar 0.001moles de HCl, que por ser un ácido fuerte, en disolución está totalmente disociado (ionizado).

moles de HCl ionizado = 0.001

La concentración de hidronio (H3O+) será:

( )( ) M01.01.0001.0LV OHnOHsd

33 ===+

+

+

Conocida la concentración de hidronio, y mediante la expresión de K w se calcula laconcentración de hidroxilo (OH−).

M1001'0

10

OH

K OHOHOHK 12

14

3

w3w

−−

+

−−+ ===⇒⋅=

9. Para una disolución de 100 mL de ácido fórmico (Metanoico) 0’25 M cuya K a = 2’1·10−4,calcular:

a) pH y grado de disociación.

El ácido metanoico (HCOOH) es un ácido débil cuyo equilibrio de disociación está regido por suconstante de acidez (K a).La disociación se lleva a cabo según muestra el siguiente cuadro de reacción, donde c o es la

concentración inicial de ácido y es su grado de disociación:


[ ] α−

α=

⋅=

+−

1

c

HCOOH

OHHCOOK

2o3

a

o

a2

oa

2o

a

c

K

:despejando cK 11 1

cK

:05.0:Hipótesis =αα=⇒

→α− α−

α=<α

Válida05'0029.025'0

101'2 4

⇒<=×

=α−

= 2.9 %


pH.3

o3 1025.7029.025.0cOH −+ ×=⋅=α=

( ) 14.21025.7logOHlog pH 33 =×−=−= −+



- 19 -

b) pH y grado de disociación si se añaden 25 mL de KOH 0.5 MSolución.

Por haber mezcla de disoluciones, lo primero que se debe hacer es recalcular las concentracionesdel ácido y de la base. Puesto que los moles de soluto, tanto del ácido como de la base, no varían al producirse la mezcla:

f f ii VMVM ⋅=⋅

- [ ] [ ] [ ] [ ] M2.010125

1010025.0 V

VHCOOHHCOOH VHCOOHVHCOOH3

3

f

aif f f ai =

×

×⋅=⋅=⇒⋅=⋅−

−

- [ ] [ ] [ ] [ ] M1.010125

10255.0

V

VKOHKOH VKOHVKOH

3

3

f

bif f f bi =

×

×⋅=⋅=⇒⋅=⋅

−

−

El hidróxido potásico es una base fuerte que esta totalmente disociada.

[ ] M1.0KOHOH : OHK OHKOH o2 ==+→+ −−+

Los iones OH− reaccionan con los protones del ácido hasta su completa neutralización, por sermenor su concentración que la del ácido (se desprecian las concentraciones de hidronio y oxidrilo debidasa la autoionización del agua frente a las concentraciones de ácido y base presentes en el medio). Esteefecto se tiene en cuenta en la disociación del ácido restando a la concentración de protones la

concentración de OH−.


[ ] α−

α−α=

⋅=

+−

1

1.0c

HCOOH

OHHCOOK

2o3

a

En este caso, debido a que se ha desplazado el equilibrio hacia la derecha por disminuir laconcentración de un producto (H3O

+), aumenta el grado de disociación y no es admisible la hipótesis de

despreciar frente a 1. Ordenando la expresión de la constante se obtiene una ecuación de segundo gradoen función de .

( ) 0K 1.0K c aa2

o =−α−+α

Sustituyendo por los valores y resolviendo la ecuación se obtienen dos valores, uno de ellosnegativo que se desprecia por no tener sentido químico ( > 1).

( )

−=α

=α=×−α−×+α −−

......2

5010.0:0101.21.0101.22.0 442

= 50’1 %Conocido el grado de disociación, se calcula la concentración de protones (H3O

+), y de está el pH.

4o3 1021.05010.02.01.0cOH −+ ×=−⋅=−α=

( ) 7'3102logOHlog pH 43 =×−=−= −+

Al añadirle una base fuerte, el pH disminuye y el grado de disociación aumenta para restablecerel equilibrio

c) pH y grado de disociación si se añaden 25 ml de HNO3 0.15 MSolución.

Lo primero de todo como en el apartado anterior es calcular las nuevas concentraciones.

- [ ] [ ] [ ] [ ] M2.010125

1010025.0

V

VHCOOHHCOOH VHCOOHVHCOOH

3

3

f

aif f f ai =

×

×⋅=⋅=⇒⋅=⋅

−

−

- [ ] [ ] [ ] [ ] M03.010125

102515.0

V

VHNOHNO VHNOVHNO

3

3

f

ai3f 3f f 3ai3 =

×

×⋅=⋅=⇒⋅=⋅

−

−



- 20 -

El ácido nítrico es un ácido fuerte que esta totalmente disociado.

[ ] M03.0HNOOH : OH NOOHHNO o333323 ==+→+ ++−

Los protones del ácido nítrico desplazan el equilibrio hacia la izquierda. Para calcular el nuevogrado de disociación se supone que cuando empieza la disociación del ácido metanoico ya están en elmedio los protones provenientes de la disociación del ácido nítrico.


[ ] α−

α+α=

⋅=

+−

1

c03.0

HCOOH

OHHCOOK

2o3

a

Al desplazarse el equilibrio hacia la izquierda el grado de disociación ha disminuido respecto alde la disociación en medio neutro (apartado a), por lo tanto la hipótesis de despreciar frente a 1 esaconsejable y da resultados totalmente fiables.

0K 03.0c : c03.0K

111

c03.0K :05.0:Hipótesis a

2o

2oa

2o

a =−α+αα+α=⇒

→α−α−

α+α=<α

Sustituyendo por los valores y resolviendo la ecuación se obtienen dos valores, uno de ellosnegativo que se desprecia por no tener sentido químico ( > 1).

−=α

×=α=×−α+α

−−

...1.0

107.6:0101.203.02.0

342

= 0’67 %Conocido el grado de disociación, se calcula la concentración de protones (H3O

+), y de está el pH.

03134.003.03107.62.003.0cOH o3 =−−×⋅=+α=+

( ) 5.103134.0logOHlog pH 3 =−=−= +

10. Se prepara una disolución acuosa de ácido acético añadiendo gota a gota ácido puro a aguadestilada hasta que el pH vale exactamente 3. El volumen final de la disolución obtenida es de 400 ml.Dato: K a = 1’8·10−5. Hallar:

a) La concentración de la disolución.Solución.

Se pide calcular la concentración inicial de una disolución de ácido débil conocida su constantede disociación y su pH.


Mediante la Ley de Ostwald se obtiene una relación entre la constante de disociación del ácido,el grado de disociación y la concentración inicial.

[ ] α−

α=

⋅=

+−

1

c

HCOOH

OHHCOOK

2o3

a

Expresión con dos incógnitas (co y ), para resolverla es necesaria otra ecuación que se obtienedel valor del pH. Conocido el pH de la disolución se conoce la concentración de protones y esta serelaciona con co y según el cuadro de reacción.

pHo3 10cOH −+ =α=



- 21 -

Las dos ecuaciones permiten plantear el siguiente sistema:

=α

=α−

α

− pHo

a

2o

10c

K 1

c

Sistema que se resuelve sustituyendo en la expresión de K a el producto co por 10− pH,

obteniendo una ecuación en función solo de .0177'0

108.110

108.1

K 10

K K

1

1053

5

a pH

aa

pH

=×+

×=

+=α⇒=

α−

α−−

−

−

−

Conocido se calcula la concentración

M057.00177.0

1010c

3 pH

o ==α

=−−

b) El grado de disociación.Solución.

= 1.77 %

c) Los cm³ de potasa (KOH) 1 M que se necesitan para neutralizar totalmente la disolución.Solución.

La neutralización de la disolución se producirá cuando el número de equivalentes gramo deácido y base se igualen.

ba gr -Eqºngr -Eqºn =

Aplicando la definición de normalidad:

b baa V NV N ⋅=⋅

La normalidad se relaciona con la molaridad.( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( )

=⇒=

−=−⇒=−⋅=

KOHMKOH N1KOHv

COOHCHMCOOHCH N1COOHCHv vM N 333

Sustituyendo en la ecuación anterior

mL22'8L0228.01

057'010400

M

MVVVMVM 3

b

a

a b b baa ==×==⇒⋅=⋅ −

11. Hallar el pH de la disolución resultante de disolver 4 g de hidróxido sódico en 250 ml deagua; si se diluye la disolución anterior hasta 2000 ml, ¿Cuál sería el nuevo pH? Calcular el volumen (enml) de una disolución de ácido sulfúrico 0,005 N necesario para neutralizar completamente 50 ml de ladisolución inicial.Datos: Masas atómicas: Na = 23; O = 16; H = 1Solución.

El hidróxido sódico es una base fuerte que esta totalmente disociada.

( )oclogOHlog pOH −=−= −

La concentración inicial se calcula mediante la definición de molaridad.

( )M4.0

L10250

molgr 40

g4

)L(V

NaOHnOH NaOH

3sd

=×

===−

+

−

( ) 6.134.014 pOH14 pH4.04.0log pOH =−=−=⇒=−=

Al diluir la disolución, se modifica la concentración de OH− y varía el pH. La nuevaconcentración se obtiene teniendo en cuenta que el número de moles de soluto de la disolución no varia alañadirle disolvente.



- 22 -

n (NaOH)i = n (NaOH)f

M05.0102000

L102504.0

V

VMM VMVM

3

3

f

iif f f ii =

×

×⋅=⋅=⋅=⋅

−

−

Por se una base fuerte su grado de disociación (100%) no varía. La concentración de OH− coincide con la

de hidróxido sódico. ( ) ( ) 3.105.0logclogOHlog pOH o =−=−=−= −

pH = 14 − pOH = 14 − 1.3 = 12.7

En el último apartado se pide calcular el volumen de ácido sulfúrico necesario para la completaneutralización de hidróxido sódico contenido en 50 mL de disolución inicial.

OH2SO NaSOH NaOH2 24242 +→+

Se puede hacer de dos formas distintas:

Por estequiometria.

( ) ( ) 01.04.010502

1VM

2

1 NaOHn

2

1SOHn

2

1

NaOH

SOH 342

42 =⋅×⋅=⋅==⇒= −

Conocidos los moles y la normalidad del ácido se calcula el volumen( ) ( )

mL4000L4005.0

201.0

N

SOHvSOHnV:

vngr Eqºn N

gr EqºnV a4242

==⋅

=⋅

=

⋅=−

−=

Por volumetría. En el punto de neutralización se cumple que el número de equivalentes gramo de ácido y base coinciden.

( ) ( ) basegr Eqºnácidogr Eqºn −=−


Teniendo en cuenta la relación entre la normalidad y la molaridad ( N = M·v) y que la valencia

del hidróxido sódico como base es 1.

mL4000L4005.0

105014'0

N

VvMVVvMV N

3

a

b b ba b b baa ==

×⋅⋅=

⋅⋅=⇒⋅⋅=⋅

−

Nota: “Recomiendo este segundo método, por ser especifico para volumetrías de neutralización yademás es más sencillo”

12. La constante de ionización del ácido acético (etanoico) es K = 1,86·10−5. Determinar:a) El pH de una disolución 0,5 M de ácido acético.

Solución. Se pide calcular el pH de una disolución de ácido débil. La concentración de protones (H3O

+) se

obtiene a partir de la constante de equilibrio. La disociación se lleva a cabo según muestra el siguientecuadro de reacción, donde co es la concentración inicial de ácido y es su grado de disociación:

Aplicando la Ley de Ostwald se obtiene una relación entre la constante de disociación del ácido,el grado de disociación y la concentración inicial.

[ ] α−

α=

⋅=

+−

1

c

HCOOH

OHHCOOK

2o3

a

Teniendo en cuenta que el valor de la constante es del orden se 10−5 y que la concentración no esmuy pequeña, se puede intentar simplificar la expresión mediante una hipótesis



- 23 -

o

a2oa

2o

ac

K :despejando cK

111


→α−α−

α=<α

006'05'0

1086'1

c

K 5

o

a =⋅

==α−


pH.

003.0006.05.0cOH o3 =⋅=α=+

( ) 5'2003.0logOHlog pH 3 =−=−= +

b) La molaridad que deber tener una disolución de ácido clorhídrico para que su pH sea igual al pHanterior.

Solución. El HCl es un ácido fuerte y su concentración coincide con la de los protones, por encontrase

totalmente disociado.

La concentración de protones se obtiene de la definición de pH.

M1010OHOHlog pH 5.2 pH33

−−++ ==⇒−=

M102.310c 35.2o

−− ×==

13. Se disuelven 0’345 g de un ácido monoprótido HA en 100 mL de agua. El pH de ladisolución tiene un valor de 5.6. DATOS: Masa molecular de HA = 345 Masas atómicas: Na = 23; O =16; H = .1Calcule:

a) La constante de disociación de dicho ácido.Solución.

Por pedirse la constante de disociación, el ácido (débil) mantiene un equilibrio de disociación

que estará regido por el valor de la constante.La concentración inicial del ácido se obtiene mediante la definición de molaridad:

Lmol01.0

L10100

molgr 345

gr 345.0

VM

m

V

nHA

3 =

×===

−



[ ] α−

α=

⋅=

+−

1

c

HA

OHAK

2o3

a

Expresión de la que se desconoce y K a.

El valor del pH permite calcular la concentración de protones de la disolución.66.5 pH

3 105.21010OH −−−+ ×===

Según el cuadro de reacción la concentración de protones es:

α=+o3 cOH

igualando y conocida la concentración inicial del ácido se despeja el grado de disociación



- 24 -

46

o

66

o 105.201.0

105.2

c

105.2105.2c −

−−

−×=

×

=

×

=α⇒×=α

Conocido el valor de y de co, se calcula la constante de disociación.

( ) 10

4

242o

a 103.6105.21

105.201.0

1

c

K

−

−

−

×=

×−

××

=

α−

α

=

b) El grado de disociación.Solución.

= 0.025 %

c) Si se toman 25 mL de la disolución anterior y se neutralizan con una disolución de hidróxido desodio, que contiene 0.8 g·L−1, ¿qué volumen de ésta disolución se requerirá?

Solución. Reacción de neutralización. En el punto de neutralización se cumple que el número de Eq-gr de ácido y base coinciden.



Teniendo en cuenta la relación entre la normalidad y la molaridad ( N = M·v) y que la valencia tanto delhidróxido sódico como del ácido HA es 1, la relación anterior queda:

b baa VMVM ⋅=⋅

La molaridad del ácido se conoce (Ma = 0.01) y la molaridad de la base se puede calculardividiendo su concentración en gramos por litro entre la masa molecular del soluto ( NaOH).

Lmol02.0

mol

gr 40

Lgr 8.0

M b ==

Sustituyendo los valores en la igualdad

L105.12VV02.0102501.0 3 b b

3 −−×=⇒⋅=×⋅

d) Si se toman 10 mL de la disolución original y se diluyen hasta 100 mL, ¿cuál seria el nuevo pH?Solución.

Al diluir la disolución se modifica la concentración inicial (disminuye), el grado de disociación(aumenta), la concentración de protones en el equilibrio (disminuye) y por tanto el pH de la disolución(aumentado).

Concentración inicial. Al llevarse a cabo un proceso de dilución (añadir disolvente), el número

de moles de soluto permanece constante. ( ) ( )snsn f i =

Aplicando la definición de molaridad

M1010100

101001.0

V

VMcMVMVM 3

3

3

f

iiof f f ii

−

−

−

=

×

×

⋅=⋅==⇒⋅=⋅

Con la concentración inicial modificada y con el valor de la constante, que no ha variado (Laconstante solo es función de la temperatura), se vuelve a plantear la ley de Ostwald y se calcula el nuevogrado de disociación.

α−

α

=×= −

1

c103.6K

2o10

a

Puesto que la constante de equilibrio es muy pequeña y aunque la concentración inicial es muydiluida, se puede admitir la hipótesis de despreciar frente a 1.



- 25 -

43

10

o

a 10810

103.6

c

K −

−

−

×=×

==α

Conocido el grado de disociación se calcula la concentración de protones (H3O+) en el equilibrio.

( ) 1.6108log pH10810810cOH 7743o3 =×−=⇒×=×⋅=α=

−−−−+

14.a) Calcule en que volumen de disolución deben estar contenidos 0,438 gramos del ácido HBO2 para

que el pH sea 5’1, así como su grado de disociación. Datos: masa atómicas; B = 10’8, O = 16;H = 1 K a(HBO2) = 7 x 10−10

Solución. Se pide calcular el volumen de disolución conocida la masa de soluto, por lo que se debe calcular

la concentración inicial, conocida está se calculará el volumen.

Se dispone de dos datos, la constante de disociación (K a) y el pH de la disolución, y sedesconocen el grado de disociación () y la concentración inicial (co).

El ácido bórico es un ácido débil que se disocia como muestra el siguiente cuadro de reacción

Aplicando la Ley de Ostwald se obtiene una relación y con la concentración de protones y el pHotra.

[ ]10

2o

2

32a 107

1

c

HBO

OHBOK −

+−

×=

α−

α

=

⋅

=

α=×=== −−−+

o61.5 pH

3 c109.71010OH

Despejando entre las dos ecuaciones:5

106

10

a pH

aa

pH

109'8107109.7

107

K 10

K K

1

10 −

−−

−

−

−

×=

×+×

×=

+

=α⇒=

α−

α

Conocido se calcula la concentración

09.0109.8

109.710c

5

3 pH

o =

×

×=

α

=−

−−

Con la concentración y la masa de soluto se calcula el volumen de la disolución.

( )( )

( )

( )( )

mL111L111.009.0

11628.10

gr 438.0

M

sM

sm

LVLV

snM sd

sd

==+⋅+

==⇒=+

+

b)

Si los 0’438 gramos de ácido HBO2 se disuelven en un litro. ¿Cuál será el nuevo pH? ¿Cuál seriael nuevo grado de disociación?

Solución. Al disolver la misma masa en un volumen diferente, varía la concentración de la disolución y por

tanto su grado de disociación.

( )( )

( )( )( )

M01.01

11628.10

gr 438.0

LV

sM

sm

LV

snMc

sdsdo =

+⋅+====

++

Aplicando la Ley de Ostwald al nuevo equilibrio:

[ ]10

2o

2

32a 107

1

c

HBO

OHBOK −

+−

×=

α−

α

=

⋅

=

Despreciando frente a 1



- 26 -

410

o

a 106.201.0

107

c

K −−

×=×

==α

El grado de disociación aumenta en los ácidos y bases débiles al disminuir la concentración.

15. Una disolución de ácido fluorhídrico tiene un pH de 1,6.

DATOS: Ka del ácido fluorhídrico = 10−3’2

. Masas atómicas, F=19; H=1Calcule:a) Los gramos de ácido contenidos en un litro de dicha disolución.

Solución. Se pide calcular la concentración inicial de una disolución de ácido débil (tiene constante de

disociación) de la que se conoce el pH y su constante de disociación, y a partir de este dato calcular lamasa de ácido que contiene un litro de disolución.

Por ser un ácido débil el fluorhídrico se disocia según muestra el siguiente cuadro de reacción.

Aplicando la Ley de Ostwald se obtiene una relación entre co y .

[ ]2'3

2o3

a 101

c

HF

OHFK −

+−

=α−

α=

⋅=

Aplicando la definición de pH a la concentración de protones se obtiene otra relación entre co y.

α=== −−+o

6'1 pH3 c1010OH

Con las dos relaciones se plantea un sistema que permite calcular las dos incógnitas.

=α=α−

α

−

−

6'1o

2'32

o

10c101

c

Sustituyendo la segunda expresión en la primera se calcula .

M1025'0

1010c025'0

1010

1010

1

10 6'16'1

o2'36'1

2'32'3

6'1

==α

=⇒=+

=α⇒=α−

α −−

−−

−−

−

Conocida la concentración inicial se calcula la mas de soluto de un litro mediante la definiciónde molaridad.

( )

( )

( )( )

( )gr 20mM1

1

119

m

LV

sM

sm

LV

snMc

s

s

sdsdo =⇒=+====

++

b) El grado de disociación del ácidoSolución.

= 2.5 %

16. Si se añaden desde una bureta 25mL de disolución 0’2 M de ácido clorhídrico sobre 50 mLde disolución 0’15 M de hidróxido sódico, colocados en un erlenmeyer, calcule:

a) El pH de la disolución que se encuentra en la buretaSolución.

Bureta: Disolución de ácido fuerte (HCl), esta totalmente disociado, por lo tanto la concentraciónde protones (H3O

+) coincide con la concentración inicial del ácido.+−

+→+ OHClOHHCl 32



- 27 -

M2.0cHClOHHCl o3 ==== +

( ) 7.02.0logOHlog pH 3 =−=−= +

b) El pH de la disolución que se encuentra en el erlenmeyerSolución.

Erlenmeyer: Disolución de base fuerte ( NaOH), esta totalmente disociada, por lo tanto laconcentración de oxidrilos (OH−) coincide con la concentración inicial de la base.

M15.0c NaOHOH o ===−

( ) 2.13 pOH14 pH8.015.0logOHlog pOH =−=⇒=−=−= −

c) El pH de la disolución resultanteSolución.

Reacción de neutralización entre un ácido fuerte y una base fuerte. Reaccionan hasta que uno delos dos reactivos se agota, sin tener en cuenta la autoionización del agua que se desprecia por tratarse desistemas fuertes en concentraciones no muy diluidas.

La forma más sencilla de tratar el ejercicio es por estequiometria, para lo cual es necesariocalcular el número de moles iniciales que hay de cada uno.

- mol105L1025Lmol2.0VM)HCl(n 33

aa−−

×=×⋅=⋅=

- mol105.7L1050Lmol15.0VM) NaOH(n 33

b b−−

×=×⋅=⋅=

El hidróxido sódico que queda sin neutralizar se disocia totalmente

Siendo la concentración de oxidrilos (OH−):( )

( )M.0330

105025

105.2

V

OHnOH

3

3

sd −

−

+

−

−

×+

×==

( ) 5.12 pOH14 pH5.1033.0logOHlog pOH =−=⇒=−=−= −

d) ¿Cuántos mL de ácido clorhídrico totales habría que añadir para que el pH de la disoluciónresultante fuese 7?

Solución. Según se ha calculado en el apartado anterior quedan por neutralizar 2.5×10−3 moles de

hidróxido potásico, por la estequiometria de la reacción harán falta el mimo número de moles de ácidoclorhídrico para la completa neutralización.

mol105.2) NaOH(n)HCl(n 3−×==

Conocida la concentración de la disolución ácida y el número de moles, se calcula el volumennecesario.

mL12.5L125.0

Lmol2.0

mol105.2

M

nV

3

==×

==

−

En total serán necesarios 12.5 + 25 =37.5 mL



- 28 -

17. Una disolución de ácido acético 0,1 M tiene el mismo pH que otra disolución de un ácidomonoprótido HA 0.01 M. DATOS: K s acético = 1.8×10−5 Calcule:

a) La constante de disociación de dicho ácido.Solución.

Se pide calcular la constante de disociación de un ácido monoprótido débil de concentración

conocida sabiendo que tiene igual concentración de protones (H3O+

) que una disolución de ácido acéticode concentración conocida.

El primer paso será conocer la concentración de protones de la disolución de ácido acético. Si sellama x a la concentración de protones en la disolución y teniendo en cuenta la estequiometria de ladisociación, se obtiene el siguiente cuadro.

Aplicando la ley de Ostwald se obtiene una ecuación de la que se puede despejar x.

[ ]5

o

23

a 108.1xc

x

HCOOH

OHHCOOK −

+−

×=−

=⋅

=

Ordenando y resolviendo.

−=

×==×⋅−×+

−−−

válida No ...1x

M1033.1x:0108.11.0x108.1x

3552

Una vez conocida la concentración de protones de ambas disoluciones se estudia la disociacióndel ácido monoprótido desconocido.

Aplicando la ley de Ostwald al equilibrio y sustituyendo los datos se obtiene el valor de laconstante de disociación.

[ ]2

3

2

o

23

a 1015.11033.101.0

01.0

xc

x

HA

OHAK −

−

+−

×=×−

=−

=⋅

=

b)

El grado de disociación de cada ácido y el pH de cada disolución.Solución. El grado de disociación se obtiene del valor de x, que por definición es:

%3.13133.001.0

103.1

c

xcx

3

oo ==

×==α⇒α=

−

El pH se obtiene de su definición conocida la concentración de protones (H3O+).

( ) ( ) 88.21033.1logxlogOHlog pH 33 =×−=−=−= −+



- 29 -

18. Se sabe que 100 mL. de una disolución de ácido oxoclorato de hidrógeno (hipocloroso) quecontiene 1.05 gramos, tiene un pH de 4.1. Datos: Masas atómicas Cl =35.5; O =16; H =1. Calcule:

a) La constante de disociación de ácido.Solución.

Se pide calcular la constante de disociación del ácido hipocloroso (HClO) conocido el pH y laconcentración de una disolución de dicho ácido.

Concentración:

( )( )

( )( )

( )M2.0

L10100

molgr 52.5

gr 05.1

LV

HClOM

HClOm

LV

HClOnc

3sdsd

o =×

===−

++

Conocido el pH se obtiene la concentración de protones de la disolución.

M109.71010OH 51.4 pH3

−−−+ ×===

Si se define como x la concentración de protones en el equilibrio:

Aplicando la ley de Ostwald al equilibrio y sustituyendo los datos se obtiene el valor de laconstante de disociación.

[ ] [ ][ ]

85

25

o

5

o

23

a 1015'3109.72.0

109'7

2'0c

109'7x

xc

x

HClO

OHClOK −

−

−−+−

×=×−

×=

=

×==

−=

⋅=

b)

El grado de disociación.Solución.

El grado de disociación se obtiene del valor de x, que por definición es:

%04.01042.0

109.7

c

xcx 4

5

oo =×=

×==α⇒α= −

−

19. Al valorar un vinagre se comprueba que se necesitan 25 mL de una base de concentración0’1N para neutralizar 5 mL del mismo. Datos: Masa atómicas, C = 12; H = 1; O = 16. Calcule:

a) La concentración del ácido acético contenido en el vinagreSolución. Reacción de neutralización. En el punto de neutralización se cumple que el número de Eq-gr de ácido y base coinciden.



Sustituyendo y despejando se obtiene la normalidad en acético del vinagre.

N5.0 N 10251.0105 N a33

a =⇒×⋅=×⋅ −−

En el ácido acético la normalidad y la molaridad coinciden por ser su valencia 1.

M = 0.5 M



- 30 -

b) El tanto por ciento en peso del ácido acético, sabiendo que la densidad del vinagre es de 1’0g/mL.

Solución. La riqueza del vinagre en ácido acético se calcula a partir de la definición.

100disolucióndemasa

acéticodemasaRiqueza ⋅=

Para un litro de vinagre, la masa de disolución se obtiene con la densidad.

gr.1000mLgr 1mL1000dVm sd =⋅=⋅=+

La masa de ácido acético se obtiene de la molaridad.

( ) mol0.5L1Lmol5.0VMCOOHCHn 3 =⋅=⋅=−

( ) ( ) gr.30molgr 60mol0.5COOHCHMnCOOHCHm 33 =⋅=−⋅=−

Sustituyendo en la riqueza:

%3100gr 1000

gr 30100

disolucióndemasa

acéticodemasaRiqueza =⋅=⋅=

20. El ácido benzoico (C6H5−COOH) es un buen conservante de alimentos ya que inhibe eldesarrollo microbiano, siempre y cuando el medio creado posea un pH inferior a 5.

Deduzca, mediante cálculos numéricos apropiados, si una disolución acuosa de ácido benzóicode concentración 6,1 g·1−1, es adecuada como líquido conservante.

Datos: K a (C6H5−COOH) = 6,5×10−5. Masas atómicas: C = 12’0; H = 1’0; O = 16’0Solución.

Se pide calcular el pH de una disolución de ácido débil conocida su concentración y su constante

de disociación. La disociación se lleva a cabo según muestra el siguiente cuadro de reacción, donde c o esla concentración inicial de ácido y es su grado de disociación:

Aplicando la Ley de Ostwald se obtiene una relación entre la constante de disociación del ácido,el grado de disociación y la concentración inicial.

[ ] α−

α=

−

⋅−=

+−

1

c

COOHHC

OHCOOHCK

2o

56

356a

Teniendo en cuenta que el valor de la constante es del orden se 10−5

y que la concentración no esmuy pequeña, se puede intentar simplificar la expresión mediante la hipótesis de despreciar frente a 1en el denominador de la fracción

o

a2oa

2o

ac

K :despejando cK

111


→α−α−

α=<α

036'005'0

105'6

c

K 5

o

a =⋅

==α−


pH.

M108.1036.005.0cOH 4o3

−+ ×=⋅=α=

( ) %7.2108.1logOHlog pH 43 <=×−=−= −+



Será efectivo como líquido conservante

HIDRÓLISIS

1. Una disolución de cianuro sódico 0’2 M. Calcular la concentración de los iones hidronio

sabiendo que la constante del ácido cianídrico es 4 10−10.

2. Calcular la constante de hidrólisis, el pH, y el grado de hidrólisis de una disolución 0,1 N decloruro de amónico. Kb= 2’3 10-5

3. Se desea valorar una disolución acuosa de ácido cianhídrico Ka= 4’9·10-10. 0,2 M con unadisolución de hidróxido sódico. Calcular el pH en el punto de equivalencia.

4. Qué cantidad de acetato sódico expresada en gramos es necesario añadir a 1L de ácido acético0’1 M. para tener una disolución de pH=4, considerando despreciable el aumento de volumen por laadición de acetato sódico?. Ka=1´85·10-5.

5. Se disuelven 5 g de fenolato sódico (C6H5ONa) en agua hasta obtener 250 ml de unadisolución, sabiendo que la cte. de disociación del fenol vale 10

−13. Calcular él % de la disolución que sehidroliza.

6. Calcular el pH de una disolución de acetato sódico 0’1 M.

7. Calcular el pH que se obtiene al mezclar 1 L de disolución 0’25 M de AcNa, con 1 l de HCl0,1 M, suponer volúmenes aditivos.

8. Se tienen 2 disoluciones acuosas, una que contiene solo ácido acético 0’5 M y otra que ademásde ser 0’5 M en ácido acético es también 0’5 M en acetato sódico. Calcular el pH en cada caso.

9. Se prepara una disolución con una mezcla de 10 ml de NH3 concentrado del 25% en peso yd=0’91 g/ml y 5 g. de ClNH

4, diluyendo hasta 100 ml. Sabiendo que Kb=1’8·10−5. Calcular el pH de la

disolución.

10. Calcular el pH y el grado de disociación del amoniaco en una disolución de 100 ml quecontiene 1’22 gr. de amoniaco y 2’88 gr. de cloruro amónico. ¿Cuál será el pH después de añadir a ladisolución anterior 50 ml de hidróxido sódico 1 N?

11. Calcular el pH de una disolución de acetato amónico escribiendo todas las reacciones yexplicando el fenómeno que tiene lugar. DATO: Kw=1'0·10 −14.

12. Se valoran 25 ml de cada una de las siguientes disoluciones acuosas: ácido clorhídrico 0.5 M,ácido perclórico 0.5 M, ácido cianhídrico 0.5 M (K a = 5×10−10), y ácido sulfúrico 0.5 M (K 1 = ∞; K 2 =1’2×10−2) con hidróxido de sodio 0.25 M. Determine:

a)

La ecuación química ajustada correspondiente a cada valoración.b) ¿Qué valor de pH (ácido, básico o neutro) tiene la disolución resultante en cada caso, en el puntode equivalencia?

equilibrio acidobase_coleccion cuestiones y problemas_sol

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