equilibrios ácido-base y equilibrio de solubilidad
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Equilibrios ácido-base y equilibrios de solubilidad
Capítulo 16
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El efecto del ion común es el desplazamiento del equilibrio causado por la adición de un compuesto que tiene un ion común con la sustancia disuelta.
La presencia de un ion común suprime la ionización de un ácido débil o una base débil .
Considere la mezcla de CH3COONa (electrólito fuerte) y CH3COOH (ácido débil).
CH3COONa (s) Na+ (ac) + CH3COO- (ac)
CH3COOH (ac) H+ (ac) + CH3COO- (ac)
Ion común
16.2
Considere la mezcla de sal NaA y el ácido débil HA.
HA (ac) H+ (ac) + A- (ac)
NaA (s) Na+ (ac) + A- (ac)Ka =
[H+][A-][HA]
[H+] =Ka [HA]
[A-]
-log [H+] = -log Ka - log[HA]
[A-]
-log [H+] = -log Ka + log [A-][HA]
pH = pKa + log [A-][HA]
pKa = -log Ka
Ecuación de Henderson-Hasselbalch
16.2
pH = pKa + log[base conjugada]
[ácido]
¿Cuál es el pH de una disolución que contiene 0.30 M HCOOH y 0.52 M HCOOK?
HCOOH (ac) H+ (ac) + HCOO- (ac)
Inicial (M)
Cambio (M)
Equilibrio (M)
0.30 0.00
-x +x
0.30 - x
0.52
+x
x 0.52 + x
Efecto del ion común
0.30 – x ≈ 0.30
0.52 + x ≈ 0.52
pH = pKa + log [HCOO-][HCOOH]
HCOOH pKa = 3.77
pH = 3.77 + log[0.52][0.30]
= 4.01
16.2
¡Mezcla de ácido débil y base conjugada!
Una disolución amortiguadora es una disolución de:
1. Un ácido débil o una base débil y
2. La sal de un ácido débil o una base débil
¡Ambos deben estar presentes!
Una disolución amortiguadora tiene la habilidad de resistir los cambios en el pH en la adición de cantidades pequeñas de ácido o base.
16.3
Adicionar ácido fuerte
H+ (aq) + CH3COO- (ac) CH3COOH (ac)
Adicionar base fuerte
OH- (ac) + CH3COOH (ac) CH3COO- (ac) + H2O (l)
Considere una mezcla molar igual de CH3COOH y CH3COONa
¿Cuál de los sistemas siguientes son amortiguadores? (a) KF/HF (b) KBr/HBr, (c) Na2CO3/NaHCO3
(a) KF es un ácido débil y F- es una base conjugadadisolución amortiguadora
(b) HBr es un ácido fuertedisolución no amortiguadora
(c) CO32- es una base débil y HCO3
- es un ácido conjugadodisolución amortiguadora
16.3
= 9.20
Calcule el pH del sistema amortiguador 0.30 M NH3/0.36 M NH4Cl. ¿Cuál es el pH después de la adición de 20.0 mL de 0.050 M NaOH a 80.0 mL de la disolución amortiguadora?
NH4+ (aq) H+ (aq) + NH3 (aq)
pH = pKa + log[NH3][NH4
+]pKa = 9.25 pH = 9.25 + log
[0.30][0.36]
= 9.17
NH4+ (ac) + OH- (ac) H2O (l) + NH3 (ac)
principio (moles)
fin (moles)
0.029 0.001 0.024
0.028 0.0 0.025
pH = 9.25 + log[0.25][0.28]
[NH4+] =
0.0280.10
volumen final = 80.0 mL + 20.0 mL = 100 mL
[NH3] = 0.0250.10
16.3
Mantenimiento del pH de la sangre
16.3
Vaso capilar Vaso capilar
EritocitoEritocito EritocitoPulmonesTejidos
ValoracionesEn una valoración una disolución de concentración exactamente conocida se agrega gradualmente adicionando a otra disolución de concentración desconocida hasta que la reacción química entre las dos disoluciones está completa.
Punto de equivalencia: el punto en que la reacción está completa
Indicador: sustancia que cambia el color en (o cerca de) el punto de equivalencia
Despacio agregue la base al ácido desconocido
HASTA que el indicador cambia de color
(rosa) 4.7
Valoraciones ácido fuerte- base fuerte
NaOH (ac) + HCl (ac) H2O (l) + NaCl (ac)
OH- (ac) + H+ (ac) H2O (l)
0.10 M NaOH agrega a 25 mL de 0.10 M HCl
16.4Volumen de NaOH agregado(mL)
Punto de equivalencia
Volumen de NaOH agregado(mL9 pH
Valoraciones ácido débil- base fuerte
CH3COOH (ac) + NaOH (ac) CH3COONa (ac) + H2O (l)
CH3COOH (ac) + OH- (ac) CH3COO- (ac) + H2O (l)
CH3COO- (ac) + H2O (l) OH- (ac) + CH3COOH (ac)
En el punto de equivalencia (pH > 7):
16.4Volumen de NaOH agregado(mL)
Punto de
equivalencia
Volumen de NaOH agregado(mL9 pH
Valoraciones ácido fuerte-base débil
HCl (ac) + NH3 (ac) NH4Cl (ac)
NH4+ (ac) + H2O (l) NH3 (ac) + H+ (ac)
En el punto de equivalencia(pH < 7):
16.4
H+ (ac) + NH3 (ac) NH4Cl (ac)
Volumen de NaOH agregado(mL)
Punto de equivalencia
Volumen de NaOH agregado(mL9 pH
Exactamente 100 mL de 0.10 M HNO2 son valorados con una disolución de 0.10 M NaOH. ¿Cuál es el pH en el punto de equivalencia?
HNO2 (ac) + OH- (ac) NO2- (ac) + H2O (l)
principio (moles)
fin (moles)
0.01 0.01
0.0 0.0 0.01
NO2- (ac) + H2O (l) OH- (ac) + HNO2 (ac)
Inicial(M)
Cambio(M)
Equilibrio(M)
0.05 0.00
-x +x
0.05 - x
0.00
+x
x x
[NO2-] =
0.010.200 = 0.05 MVolumen final = 200 mL
Kb =[OH-][HNO2]
[NO2-]
=x2
0.05-x= 2.2 x 10-11
0.05 – x ≈ 0.05 x ≈ 1.05 x 10-6 = [OH-]
pOH = 5.98
pH = 14 – pOH = 8.02
Indicadores ácido-base
HIn (ac) H+ (ac) + In- (ac)
≥ 10[HIn]
[In-]Predomina el color del ácido (HIn)
≤ 10[HIn]
[In-]Predomina el color de la base conjugada (In-)
16.5
La curva de valoración de un ácido fuerte con una base fuerte.
16.5Volumen de NaOH agregado(mL)
Fenolftaleína
Rojo de metilo
¿Qué indicador(es) usaría para una valoración de HNO2 con KOH ?
El ácido débil valorado con la base fuerte.
En el punto de equivalencia tendrá base conjugada de ácido débil. En el punto de equivalencia, pH > 7
Use rojo de cresol o fenolftaleína
16.5
Equilibrios de solubilidad
16.6
AgCl (s) Ag+ (ac) + Cl- (ac)
Ksp = [Ag+][Cl-] Ksp es la constante del producto de solubilidad
MgF2 (s) Mg2+ (ac) + 2F- (ac) Kps = [Mg2+][F-]2
Ag2CO3 (s) 2Ag+ (ac) + CO32- (ac) Kps = [Ag+]2[CO3
2-]
Ca3(PO4)2 (s) 3Ca2+ (ac) + 2PO43- (ac) Kps = [Ca2+]3[PO3
3-]2
Disolución de un sólido iónico en disolución acuosa:
Q = Ksp Disolución saturada
Q < Ksp Disolución insaturada Ningún precipitado
Q > Ksp Disolución sobresaturada Formará precipitado
16.6
Solubilidad molar (mol/L) es el número de moles de soluto disuelto en 1 litro de una disolución saturada.
Solubilidad (g/L) es el número de gramos de soluto disuelto en 1 litro de una disolución saturada.
16.6
Solubilidaddel compuesto
Solubilidadmolardel compuesto
Concentraciones de cationesy aniones
Kp delcompuesto
Kp delcompuesto
Concentraciones de cationesy aniones
Solubilidadmolardel compuesto
Solubilidaddel compuesto
¿Cuál es la solubilidad del cloruro de plata en g/L?
AgCl (s) Ag+ (ac) + Cl- (ac)
Kps= [Ag+][Cl-]Inicial(M)
Cambio(M)
Equilibrio(M)
0.00
+s
0.00
+s
s s
Kps = s2
s = Ksp√s = 1.3 x 10-5
[Ag+] = 1.3 x 10-5 M [Cl-] = 1.3 x 10-5 M
Solubilidad de AgCl = 1.3 x 10-5 mol AgCl
1 L soln143.35 g AgCl
1 mol AgClx = 1.9 x 10-3 g/L
Kps = 1.6 x 10-10
16.6
16.6
Si 2.00 mL de 0.200 M NaOH son agregados a 1.00 L de 0.100 M CaCl2, ¿se formará precipitado?
16.6
Los iones presentes en la disolución son Na+, OH-, Ca2+, Cl-.
El único precipitado posible es Ca(OH)2 (reglas de solubilidad ).
Es Q > Kps para Ca(OH)2?
[Ca2+]0 = 0.100 M [OH-]0 = 4.0 x 10-4 M
Kps = [Ca2+][OH-]2 = 8.0 x 10-6
Q = [Ca2+]0[OH-]02 = 0.10 x (4.0 x 10-4)2 = 1.6 x 10-8
Q < Kps No formará precipitado
El efecto del ion común y la solubilidad
La presencia de un ion común disminuye la solubilidad de la sal.
¡Cuál es la solubilidad molar del AgBr en (a) agua pura y (b) 0.0010 M NaBr?
AgBr (s) Ag+ (ac) + Br- (ac)
Kps = 7.7 x 10-13
s2 = Kps
s = 8.8 x 10-7
NaBr (s) Na+ (ac) + Br- (ac)
[Br-] = 0.0010 M
AgBr (s) Ag+ (ac) + Br- (ac)
[Ag+] = s
[Br-] = 0.0010 + s ≈ 0.0010
Kps= 0.0010 x s
s = 7.7 x 10-10
16.8
El pH y la solubilidad
• La presencia de un ion común disminuye la solubilidad. • Las bases Insolubles disuelven en las disoluciones ácidas • Los ácidos Insolubles disuelven en las disoluciones básicas
Mg(OH)2 (s) Mg2+ (ac) + 2OH- (ac)
Kps = [Mg2+][OH-]2 = 1.2 x 10-11
Kps = (s)(2s)2 = 4s3
4s3 = 1.2 x 10-11
s = 1.4 x 10-4 M
[OH-] = 2s = 2.8 x 10-4 M
pOH = 3.55 pH = 10.45
Con pH menor que 10.45
Menor [OH-]
OH- (ac) + H+ (ac) H2O (l)
remove
Aumenta la solubilidad de Mg(OH)2
Con pH mayor que 10.45
Aumenta [OH-]
ad
Disminuye la solubilidad de Mg(OH)216.9
Equilibrio de ion complejo y solubilidad
Un ion complejo es un ion que contiene un ion metálico central enlazado a una o mas moléculas o iones.
Co2+ (ac) + 4Cl- (ac) CoCl4 (ac)2-
Kf =[CoCl4 ]
[Co2+][Cl-]4
2-
La constante de formación o constante de estabilidad (Kf) es la contante de equilibrio para la formación del ion complejo.
Co(H2O)62+ CoCl4
2-
16.10
Kfestabilidad
del complejo
16.10
16.11
Análisis
cualitativo de los
cationes
16.11
Precipitados de grupo 1
Precipitados de grupo 2
Precipitados de grupo3
Precipitados de grupo 4
Solución que contiene iones de todos los grupos de cationes
Solución que contiene iones de los grupos restantes
Solución que contiene iones de los grupos restantes
Solución que contiene iones de los grupos restantes
Solución que contiene iones Na+, K+, NH+
4
Filtración
Filtración
Filtración
Filtración
La prueba de la flama para cationes
litio sodio potasio cobre
16.11
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