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JUNIO 2001-2002.- Opción A nº 2 Se preparan 500 ml de una disolución que contiene 0,2 moles de un ácido orgánico monoprótico cuyo pH es 5,7. Calcule:

a) La constante de disociación del ácido. b) El grado de disociación del ácido en la disolución. c) La constante Kb de la base conjugada.

SOLUCIÓN

a) HA + H2O A- + H3O+

Ácido Base Conjug.

Antes de plantear el equilibrio, calculamos la molaridad y la concentración de iones

hidronio.

0,2 moles M = = 0,4 M ; pH = -log [H3O

+] 5,7 = - log [H3O+] [H3O

+] = 1,99 ·10-6 M 0,5 L

HA + H2O A- + H3O+

0,4 – x x x

0,4 - 1,99 ·10-6 1,99 ·10-6 1,99 ·10-6

[A-] · [H3O] (1,99 ·10-6)2 Ka = = = 9,9 · 10-12 Es un ácido muy [HA] 0,4 - 1,99 ·10-6 débil, es decir poco ionizado.

b) Como me piden el grado de disociación (α) y no me dicen como, yo lo voy a calcular en

porcentaje

Si de 0,4 M 1,99 ·10-6 M se ha disociado

100 M α α = 4,97 ·10-4 %

Kw 10-14

c) Kb (A-) = = = 1,01 · 10-3 La base conjugada es bastante más Ka 9,9 · 10-12 fuerte, dentro de su debilidad que su ácido.

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SEPTIEMBRE 2004-2005.- Cuestión 3 Complete y ajuste las siguientes ecuaciones ácido base y nombre todos los compuestos

a) HNO3 + Mg(OH)2 b) NH3 + H2SO4 c) HCO3

- + NaOH d) CH3 – COOH + KOH

SOLUCIÓN

a) 2 HNO3 + Mg(OH)2 Mg(NO3)2 + 2 H2O Ác. Nítrico Hidróxido de magnesio Sal nitrato de magnesio Agua (ácido) + (base) (Sal) + (agua) NEUTRALIZACIÓN

b) NH3 + H2SO4 NH4+ + HSO4

- Amoniaco Ác. Sulfúrico Ion amonio Ion hidrógeno tetraoxosulfato (VI)

(base) + (ácido) (ácido conjug) Base conjug. NEUTRALIZACIÓN He preferido poner esto así para que se vean los pares conjugados (NH3/NH4

+) y (H2SO4/HSO4

-) y que por tanto veamos que es una neutralización según Brönsted- Lowry. Lógicamente los dos iones reaccionarán entre sí y dará: NH3 + H2SO4 (NH4)HSO4 (hidrógeno tetraoxosulfato (VI) de amonio) O bien si consideramos la protonización total del ácido sulfúrico, tendremos: NH3 + H2SO4 2 NH4

+ + SO42- Los iones se juntan y tendremos:

2 NH3 + H2SO4 (NH4)2SO4

c) HCO3- + NaOH ¿????????? (Esto está mal dado)

Ion bicarbonato Hidróxido sódico (ácido) + (base)

d) CH3 – COOH + KOH CH3 – COOK + H2O Ácido acético Hidróxido potasico Sal acetato potásico agua (ácido) + (base) (sal) + agua NEUTRALIZACIÓN

SEPTIEMBRE 2004-2005.- Opción B nº 1 Una disolución acuosa 0,2 M de un ácido débil HA tiene un grado de disociación de un 2%. Calcule:

a) La constante de disociación de dicho ácido. b) El pH de la disolución. c) La concentración de OH- de la disolución

SOLUCIÓN

a) Lo primero que hacemos es el cálculo de la cantidad disociada (X) basándonos en el dato de

α que da el problema:

100 M 2 M se disocia (ioniza)

0,2 M X X = 4 · 10-3 M

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Con estos datos ya puedo plantear la reacción:

HA + H2O A- + H3O+

0,2 – X X X

0,2 - 4 · 10-3 4 · 10-3 4 · 10-3

[A-] · [H3O

+] (4 · 10-3)2 Ka = = = 8,16 · 10-5

[HA] 0,2 - 4 · 10-3

b)

pH = -log [H3O+] = - log 4 · 10-3 = 2,39

c)

Hay dos formas de poder hacer este apartado:

Utilizando la expresión de la Kw: [H3O+] · [OH-] = Kw = 10-14

10-14 10-14 [OH-]= = = 2,5 · 10-12 M [H3O

+] 4 · 10-3

Otra forma es calculando el pOH y luego la inversa:

pH + pOH = 14; pOH = 14 – pH pOH = 14 – 2,39= 11,61

pOH = -log [OH-] 11,61 = -log [OH-] -11,61 = log [OH-];

[OH-] = 2,45 · 10-12 M

JUNIO 2009-2010 F. GENERAL Cuestión 2A.- Considere los ácidos orgánicos monopróticos: úrico, benzoico, láctico y butanoico.

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a) Ordénelos en orden creciente de acidez en disolución acuosa. b) Justifique cuál de sus bases conjugadas tiene menor valor de Kb. c) Justifique cuál será la base conjugada más fuerte. d) Escribe la fórmula semidesarrollada del ácido butanoico.

DATOS: Ka(úrico) = 5,1 x 10-6; Ka(benzoico) = 6,6 x 10-5; Ka(láctico) = 1,4 x 10-4; Ka(butanoico)= 1,5 x 10-5

SOLUCIÓN

a) Un ácido será tanto más ácido cuanto mayor sea el valor de su constante, por tanto a la

hora de ordenar tendremos que ir de menor a mayor acidez, es decir de más débil a más

fuerte (de menor a mayor Ka) úrico (5,1 x 10-6)<butanoico (1,5 x 10-5)<benzoico (6,6 x 10-

5)<láctico (1,4 x 10-4).

b) La relación entre el ácido y su base conjugada es siempre una relación inversa (Kb=Kw/Ka),

por tanto la base más débil (la que tiene menor valor de Kb) será la conjugada del ácido

más fuerte, es decir la base conjugada del ácido láctico.

c) Por el mismo razonamiento del apartado anterior, la base conjugada más fuerte (la que

tiene el mayor valor de Kb) será la del ácido más débil, es decir la base conjugada del ácido

úrico.

d) CH3 – CH2 – CH2 – COOH

SEPTIEMBRE 2009-2010 F. ESPECÍFICA Problema 2B.- Una disolución acuosa 0,2 M del ácido cianhídrico HCN está ionizada un 0,16 %. Calcule:

a) La constante de acidez. b) El pH y la concentración de OH- de la disolución.

SOLUCIÓN

a)

HCN + H2O CN- + H3O+ Como el problema da α%, podemos calcular x:

0,2-x x x 100 M 0,16 M se ioniza

0,2- 3,2 · 10-4 3,2 · 10-4 3,2 · 10-4 0,2 M x; x = 3,2 · 10-4 M

[CN- ] [H3O

+] (3,2 · 10-4)2 Ka = = = 5,13 · 10-7 HCN 0,2- 3,2 · 10-4 b)

pH = - log [H3O+] = - log 3,2 · 10-4 = 3,49; pOH = 14 – 3,49 = 10,51

- 10,51 = log [OH-]; [OH-] =3,09 · 10 -11 M

SEPTIEMBRE 2009-2010 F. GENERAL Cuestión 2A.-

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Teniendo en cuenta los valores de las constantes de acidez de los ácidos fluorhídrico, cianhídrico y etanoico en disolución acuosa, conteste razonadamente a las siguientes cuestiones:

a) Ordene los ácidos de menor a mayor acidez en agua. b) A igualdad de concentración inicial de ácido, ¿cuál tiene mayor pH? c) ¿Cuál es la Kb de la base conjugada más débil? d) Escriba la reacción entre el ácido más fuerte y la base conjugada más fuerte.

DATOS: Ka: HF = 10-3; HCN = 10-10; CH3 – COOH = 10-5

SOLUCIÓN

a) De menor a mayor acidez significa de pH más alto a pH más bajo (más ácido). Un ácido es tanto más fuerte y por tanto más ácido cuanto mayor sea el valor de su Ka, por tanto se tendrá que ordenar de ácido más débil a más fuerte: HCN < CH3 – COOH < HF

b) Hablar de mayor pH significa un pH más alto y esto se cumplirá cuanto más débil sea el ácido, por tanto será el HCN.

c) Como la relación es inversa (Kb = Kw/Ka), la base conjugada más débil será la que derive del ácido más fuerte, por tanto será la del HF, es decir F- : Kb = 10-14/10-3 = 10-11

d) HF + CN- F- + HCN Ácido Base conj. Base conj. Ácido

JUNIO 2004-2005 OPCION A Problema 1.- Dada una disolución acuosa 0,0025 M de ácido fluorhídrico, calcule:

a) Las concentraciones en el equilibrio de HF, F- y H+.

b) El pH de la disolución y el grado de disociación.

DATO: Ka = 6,66 · 10-4

SOLUCIÓN

a) HF F- + H+ ( HF + H2O F- + H3O+ )

0,0025 – x x x

[F-] · [H+] x2

Ka = ; 6,66 · 10-4 = ; x2 = 1,665 · 10-6 – 6,66 · 10-4 x; [HF] 0,0025 - x No debemos despreciar el valor de x, ya que la constante es del orden de -4.

X2 + 6,66 · 10-4 x - 1,665 · 10-6 = 0. Al resolver esta ecuación, tenemos x = 9,995 · 10-4 M

[F-] = [H+]= x = 9,995 · 10-4 M

[HF] = 0,0025 - 9,995 · 10-4 = 1,5 · 10-3 = 0,0015 M

b) pH = -log [H+] = - log 9,995 · 10-4= 3; pH = 3

0,0025 M 9,995 · 10-4 M se disocia

100 M α ; α = 39,98 % disociado (ionizado)

JUNIO 2006-2007 OPCION A Problema 1.-

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El pH de un zumo de limón es 3,4. Suponiendo que el ácido del limón se comporta como un ácido monoprótico (HA) con constante de acidez Ka = 7,4 · 10-4, calcule:

a) La concentración de HA en ese zumo de limón. b) El volumen de una disolución de hidróxido sódico 0,005 M necesaria para neutralizar 100

ml del zumo de limón

SOLUCIÓN

a) HA + H2O A- + H3O+

C – x x x Como nos dan el pH de forma indirecta nos dan el valor de [H3O

+] ; 3,4 = - log [H3O+]; -3,4= log [H3O

+]; C - 3,98 · 10-4 3,98 · 10-4 3,98 · 10-4 [H3O

+] = 3,98 · 10-4 M = x

[ A- ] [H3O

+] (3,98 · 10-4)2

Ka = ; 7,4 · 10-4 = ; Ahora realizamos las operaciones [HA] C - 3,98 · 10-4 para despejar C (concentración)

7,4 · 10-4 C – 2,94 · 10-7 = 1,58 · 10-7; C = 6,1 · 10-4 M

b)

HA + NaOH NaA + H2O

Ácido Base Sal Neutralizar significa que todo el ácido reacciona con toda la base desapareciendo del recipiente y apareciendo la sal y el agua.

100 ml V????

6,1 · 10-4 M 0,005 M Como la reacción es mol a mol, al sacar los moles de HA, estos serán los mismos que los de NaOH.

n HA n HA M = ; 6,1 · 10-4 M = ; n HA = 6,1 · 10-5

1 L disolución 0,1 L n NaOH = n HA= 6,1·10-5 moles. Ahora sustituimos en la molaridad del NaOH

0,005 = 6,1 · 10-5 ; V = 0,0122 L = 12,2 ml V JUNIO 2008-2009 OPCION B Problema 1

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El ácido butanoico es un ácido débil siendo su Ka = 1,5 · 10-5. Calcule: a) El grado de disociación de una disolución 0,05 M del ácido butanoico. b) El pH de la disolución 0,05 M c) El volumen de una disolución de hidróxido de sodio 0,025 M necesario para neutralizar 100

ml de disolución 0,05 M de ácido butanoico.

SOLUCIÓN

a) CH3 – CH2 – CH2 – COOH + H2O CH3 – CH2 – CH2 – COO- + H3O+

0,05 – x x x

Con el valor de esta constante podemos despreciar sin problemas la x que está restando a 0,05:

[CH3 – CH2 – CH2 – COO-] [ H3O+] x2

Ka = = [CH3 – CH2 – CH2 – COOH] 0,05 - x

X2

1,5 · 10-5 = ; x = 8,66 · 10-4 M 0,05

0,05 M 8,66 · 10-4 se disocia (ioniza)

100 M α; α = 1,732 %

b) pH = -log [ H3O+] = -log 8,66 · 10-4 = 3,06 ; pH = 3,06

c) CH3 – CH2 – CH2 – COOH + NaOH CH3 – CH2 – CH2 – COONa + H2O

0,05 M 0,025 M Neutralizar significa que reacciona todo 100 ml V??? el ácido con toda la base

0,05 = n ácido/ 0,1 n ácido = 0,005 n NaOH = 0,005, por tanto: 0,025= 0,005/V

V = 0,2 L = 200 ml

JUNIO 2007-2008 OPCION B Problema 2

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Se obtiene una disolución de ácido nítrico de pH = 2,30 a) Determine el número de moles de ion nitrato en disolución sabiendo que el volumen de la

misma es de 250 mL. b) Calcule la masa de hidróxido de sodio necesaria para neutralizar 25 ml de la disolución

anterior. c) Determine el pH de la disolución obtenida al añadir 25 mL de hidróxido de sodio 0,001 M a

25 ml de la primera disolución de ácido nítrico, suponiendo que los volúmenes son aditivos. DATOS: m. ATM: Na = 23; O = 16; H = 1

SOLUCIÓN

a) Si nos damos cuenta ni nos dan el dato de la Ka, ni nos pedin el valor de la Ka, por tanto

tenemos que suponer ( como así es), que el ácido nítrico es un ácido fuerte

Con el valor del pH podremos calcular el valor de la concentración de ion hidronio

pH = -log [H3O+] 2,3 = -log [H3O

+]; -2,3 = log [H3O+] [H3O

+] = 5,01 · 10-3 M

HNO3 + H2O NO3- + H3O

+

5,01 · 10-3 M 5,01 · 10-3 M 5,01 · 10-3 M

Al ser un ácido fuerte la concentración del ion H3O+ es igual que la concentración del

Ion NO3- y que la concentración del ácido HNO3, ya que este se ha disociado todo.

n NO3- n NO3

-

M = ; 5,01 · 10-3 = ; n NO3- = 1,2525 · 10-3 = 1,25 · 10-3

1 L 0,25 L b)

Este apartado es una neutralización, pero a diferencia de los dos anteriores no piden volumen, piden gramos (PRIMER EJEMPLO DE NEUTRALIZACIÓN QUE YO DI EN CLASE)

HNO3 + NaOH NaNO3 + H2O

25 mL g???? 5,01 · 10-3

n HNO3 5,01 · 10-3 = n HNO3 = 1,25 · 10-4 moles HNO3 = moles de NaOH 0,025 L

moles NaOH = g/ M. molar; 1,25 · 10-4 = g/40 g · mol-1 g. NaOH = 0,005 g

c)

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HNO3 + NaOH NaNO3 + H2O

25 mL 25 mL En este caso nos dan ambos reactivos, por tanto uno 5,01 · 10-3 M 0,001 M estará en exceso (TERCER EJEMPLO DE NEUTRALIZACIÓN

Aplicando la molaridad Aplicando la molaridad calcularé moles de HNO3 calcularé moles de NaOH

n HNO3 n NaOH 5,01 · 10-3 M = 0,001 M =

0,025 L 0,025 L

n HNO3 = 1,25 · 10-4 n NaOH = 2,5 · 10-5

Hay más moles de ácido (exceso) que de base (limitante), por tanto reaccionarán 2,5 · 10-5 moles de NaOH con 2,5 · 10-5 moles de HNO3 para dar 2,5 · 10-5 moles de NaNO3 y quedarán 1,25 · 10-4 - 2,5 · 10-5= 10-4 moles de HNO3 sin reaccionar. Ahora calcularemos la nueva molaridad del HNO3 que no ha reaccionado, ya que tenemos un volumen total = 25 mL + 25 mL = 50 mL = 0,050L

10-4 M (HNO3) = = 2 · 10-3 M 0,050 L

HNO3 + H2O NO3- + H3O

+ ES ÁCIDO FUERTE

2 · 10-3 M 2 · 10-3 M 2 · 10-3 M

pH = -log [H3O+] = -log 2 · 10-3 M pH = 2,69

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SEPTIEMBRE 2007-2008 OPCION A Problema 2 Una disolución acuosa de amoniaco de uso doméstico tiene una densidad de 0,962 g·cm-3 y una concentración del 6,5% en peso. Determine:

a) La concentración molar del amoniaco en dicha disolución. b) El pH de la disolución. c) El pH de la disolución resultante al diluir 10 veces.

DATOS: M. atm: N = 14; H = 1; Kb (amoniaco) = 1,8 · 10-5

SOLUCIÓN

a) 6,5 % masa 6,5 g NH3 puro (soluto) / 100 g. disolución. Ahora con el dato de la densidad

calculo el volumen que ocupan los 100 g. de la disolución:

100 g 100 g 0,962 g·cm-3= V. disolución = = 103,95 cm3 = 0,10395 dm3

V. disolución 0,962 g·cm-3 = 0,10395 L

Por tanto ya tenemos los gramos de soluto 6,5 g. de NH3 y el volumen de la disolución 0,10395 L, aplicamos la fórmula de la molaridad: n NH3 6,5g/17 g·mol-1

M = = = 3,68 M 1 L disolución 0,10395

b) El amoniaco es una base débil y por tanto tiene equilibrio:

NH3 + H2O NH4+ + OH-

3,68 – x x x

[NH4+] [OH-] x2 x2

Kb = 1,8 · 10-5= 1,8 · 10-5 = x = 8,13·10-3M NH3 3,68 – x 3,68

pOH = -log [OH-] = -log x = -log 8,13·10-3 = 2,089 = 2,09 pH = 14 – 2,09 = 11,91.

c) Si la molaridad de esta disolución de amoniaco es 3,68, esto significa que hay 3,68 moles de

amoniaco puro (soluto) en 1 litro de disolución. Diluir 10 veces significa que ahora se ha

echado agua hasta llegar a un volumen de 10 litros, sin modificar los moles, por tanto la

nueva molaridad será:

3,68 M´= = 0,368 M

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Ahora es volver a repetir el anterior apartado pero con la nueva molaridad:

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NH3 + H2O NH4+ + OH-

0,368 – x x x

[NH4+] [OH-] x2 x2

Kb = 1,8 · 10-5= 1,8 · 10-5 = x = 2,57·10-3M NH3 0,368 – x 0,368

pOH = -log [OH-] = -log x = -log 2,57·10-3 = 2,59 pH = 14 – 2,59 = 11,41.

Es muy importante que nos fijemos en este valor, este dato nos está diciendo que diluir una concentración 10 veces (o las veces que sea) NO SIGNIFICA QUE EL pH SE DILUYA ESAS VECES, en realidad si os fijáis en los dos valores del pH no se ha dado una gran modificación.

JUNIO 2009-2010 F. ESPECÍFICA Problema 1B.- Se disuelven 1,68 gramos de hidróxido de potasio en agua hasta alcanzar un volumen de 100 ml.

a) Calcule el pH de la disolución obtenida. b) Calcule cuantos ml de ácido clorhídrico 0,6 M hacen falta para neutralizar 50 ml de la

disolución de hidróxido de potasio, y cuál es el pH de la disolución final. c) Calcule el pH de la disolución que se obtiene al añadir 250 ml de agua a 50 mL de la

disolución inicial de hidróxido de potasio. DATOS. Masas atómicas: K = 39; O = 16; H = 1

SOLUCIÓN

1,68 g/56 g·mol-1 a) MM KOH = 56 g·mol-1 ; M = = 0,3 M

0,1 L El enunciado nos pide el cálculo de un pH y no da ningún valor de Kb, esto nos tiene que advertir que estamos ante una base fuerte y por tanto se disocia toda ella, sin que se de ningún equilibrio.

KOH K+ + OH-

0,3 M 0,3 M 0,3 M

pOH = -log [OH-] = -log 0,3 = 0,52 pH = 14 – 0,52 = 13,48

b)

HCl + KOH KCl + H2O REACCIÓN DE NEUTRALIZACIÓN

V??? 50 mL Calcularemos los moles de KOH y como la reacción es mol a mol 0,6 M 0,3 M , estos serán los moles de HCl necesarios para neutralizar al KOH

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n KOH 0,3 M = n KOH = 0,015 moles KOH 0,015 moles de HCl 0,050 L 0,15 0,15 0,6 M = V HCl = = 0,25 L = 250 mL de la disolución de HCl V 0,6 para neutralizar los 50 mL de la disolución de KOH y como la sal es KCl (deriva de ácido y base c) fuerte), el pH será 7

De la disolución inicial de KOH, cuya concentración hemos calculado en el apartado a) (0,3 M), se cogen 50 mL y se le añaden 250 ml de agua. Lo primero que tenemos que hacer es calcular los moles de KOH que hay en los 50 mL (se han calculado ya en el apartado anterior) y posteriormente calcular la nueva M.

50 mL 250 mL

0,3 M H2O

n KOH 0,3 M = n KOH = 0,015 moles; Volumen total = 50 + 250 = 300 mL 0,050 0,015 moles M = = 0,05 M; 0,3 L

KOH K+ + OH-

0,05 M 0,05 M 0,05 M

pOH = -log [OH-] = -log 0,05 M = 1,3 pH = 14 – 1,3 = 12,7

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JUNIO 2005-2006.- Cuestión 4 Considere disoluciones acuosas, de idéntica concentración, de los compuestos: HNO3, NH4Cl, NaCl

y KF

a) Deduzca si las disoluciones serán ácidas, básicas o neutras.

b) Ordénelas razonadamente en orden creciente de pH.

DATOS: Ka (HF) = 1,4·10-4; Kb(NH3) = 1,8·10-5

SOLUCIÓN

a) Antes de responder, deberemos analizar las cuatro sustancias que nos dan:

HNO3, es un ácido, por tanto la disolución será ácida.

NH4Cl, NaCl y KF son sales y por tanto estamos ante una hidrólisis

H2O - NH4Cl NH4

+ y Cl- No hay información en los datos ni de Cl- ni de HCL, no hay const. equilibrio, por tanto

no influye en el agua. En este caso si influye en el agua, ya que es el ácido conjugado del NH3 y tiene una Ka = Kw/Kb, por tanto se comportará como ácido y la disolución de esta sal dará un medio ácido: NH4

+ + H2O NH3 + H3O+ Equil. hidrólisis

H2O - NaCl Na+ y Cl- No hay información en los datos de ningún ion,

eso quiere decir que no hay const. Equilibrio, por tanto no influyen ninguno en el agua, por tanto el

medio será el del agua, neutro. No hay hidrólisis H2O

- KF K+ y F- Este ion si influye en el agua, ya que es la base conjugada del HF y tiene una Kb, por tanto la sal dará un medio básico F- + H2O HF + OH- Equil. hidrólisis Por el mismo razonamiento dado anteriormente, no influye en el agua.

HNO3 NH4CL NaCl KF

ÁCIDO ÁCIDO (pero menos) NEUTRO BÁSICO

b) Con los dibujos ya se ha respondido: HNO3 < NH4Cl<NaCl<KF

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SEPTIEMBRE 2006-2007.- Cuestión 2 Conteste razonadamente a las siguientes preguntas:

a) Ordene, de menor a mayor, el pH de las disoluciones acuosas de igual concentración de los compuestos KCl, HF, y HNO3.

b) Ordene, de menor a mayor, el pH de las disoluciones acuosas de igual concentración de las sales NaClO2, HCOONa y NaIO4

DATOS: Ka (HF) = 10-3; Ka(HClO2) = 10-2; Ka (HCOOH) = 10-4; Ka (HIO4) = 10-8

SOLUCIÓN

a) Lo primero analizaremos la naturaleza de las sustancias que nos dan: KCl (sal), por tanto

estamos ante una hidrólisis; HF y HNO3 son ácidos.

H2O KCl K+Cl- En los datos de la cuestión no hay información de ellos, por tanto no hay constantes y no influyen en el agua, por tanto pH=7(neutro

HNO3, de este ácido no hay información en los datos de la cuestión, por tanto es fuerte lo que indica que está totalmente disociado al no haber equilibrio:

HNO3 + H2O NO3- + H3O

+ Aquí la [H3O+] es igual que la [HNO3], por estar

totalmente disociado.

HF, de este ácido nos dan la constante de equilibrio lo que indica que es débil y por tanto hay equilibrio, es decir, no está totalmente disociado.

HF + H2O F- + H3O+ Aquí la [H3O

+] es inferior que la [HF]

Por tanto si [H3O+] derivada de la actuación del HNO3 es mayor que la [H3O

+] del HF, ya

que tienen la misma concentración inicial, esto determina que el pH del ácido nítrico sea más fuerte, es decir, más bajo, que el del ácido fluorhídrico

Como dicen de menor a mayor pH, nos están diciendo que ordenemos de más ácido a

más básico (menos ácido)⇨ pH (HNO3) < pH (HF)< pH KCl

HNO3 HF KCl ÁCIDO ÁCIDO (pero menos) NEUTRO

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b) En el segundo apartado, todos los compuestos son sales, por tanto hay que razonar el proceso de hidrólisis:

H2O

NaClO2 Na+ ClO2- De Na+ no hay información, no influye en el agua

Es la base conjugada del ácido HClO2, por tanto tiene Kb e influye en el agua como una base, medio básico H2O

HCOONa Na+ HCOO- Es la base conjugada del ácido HCOOH, por tanto tiene Kb e influye en el agua como una base, medio básico H2O

NaIO4 Na+ IO4-

Es la base conjugada del ácido HIO4, por tanto tiene Kb e influye en el agua como una base, medio básico Por tanto las tres sales en disolución determinan un medio básico, ahora hay que ver cuál es la menos básica (menor pH) y cual la más básica (mayor pH) y esto se sabe viendo el valor de las Ka, ya que a mayor Ka, menor será el valor Kb de su conjugada. De los tres ácidos, el HClO2 es el más fuerte (tiene la mayor Ka), por tanto su base conjugada (ClO2

-) será la más débil (pH más bajo) y el ácido HIO4, es el más débil (tiene la menor Ka), por tanto su base conjugada (IO4

-) será la más fuerte (pH más alto). El ácido HCOOH será el intermedio en fortaleza y su base conjugada también. NaClO2 HCOONa NaIO4 Menos básica a más básica De menor pH a mayor pH

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JUNIO 2007-2008.- Cuestión 4 Se preparan disoluciones acuosas de igual concentración de HCl, NaCl, NH4Cl y NaOH. Conteste de forma razonada:

a) ¿Qué disolución tendrá mayor pH? b) ¿Qué disolución tendrá menor pH? c) ¿Qué disolución es neutra? d) ¿Qué disolución no cambiará su pH al diluirla?

DATOS: Ka NH4+ = 10-9

SOLUCIÓN

Veamos la naturaleza de las cuatro sustancias que nos dan:

- HCl es el ácido clorhídrico, por tanto se pH será ácido (pH<7). - NaOH es la base hidróxido sódico, por tanto su pH será básico (pH>7). - NaCl y NH4Cl son sales, por tanto estamos ante una hidrólisis y tendremos que ver el pH

que van a determinar los iones de estas sales. H2O

NaCl Na+ Cl- En los datos de la cuestión no hay información de estos iones, luego no tienen constantes de equilibrio y no influyen en el agua, por tanto su pH será neutro =7 H2O

NH4Cl NH4+ Cl-

En este caso los datos nos dan información de forma directa de este ion, nos dan su Ka lo que indica que actuará como un ácido sobre el agua, por tanto su pH será ácido (pH<7) Por tanto hay dos disoluciones ácidas, la del HCL (ácido muy fuerte) por tanto totalmente disociado y la disolución salina NH4Cl, cuyo ion NH4

+ es también un ácido (pero más débil, ya que hay equilibrio, como demuestra su Ka) por tanto solo parcialmente disociado: HCl + H2O CL- + H3O

+ La concentración de H3O

+ debida a la acción del HCl es mayor que la concentración de NH4

+ + H2O NH3 + H3O+ H3O

+ debida a la acción del NH4+, según

(equilibrio de hidrólisis) hemos razonado anteriormente: H3O

+ (HCl)> H3O+ (NH4

+) y cuanto mayor es Esta concentración más ácido es y por tanto menor será su pH Una vez que se ha razonado esto, pasamos a responder a las diferentes cuestiones:

a) La disolución de la base NaOH, cuyo pH >7 b) La disolución más ácida, por tanto la de HCl. c) La disolución de la sal NaCl, cuyo pH=7.

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d) Lógicamente la neutra, ya que los iones no influyen en el agua y por tanto con más o menos agua, el pH siempre será 7. Este último razonamiento lo acompaño con unos dibujos coloreados para una mejor comprensión

HCl NH4Cl NaCl NaOH H2O H2O DILUCIÓN HCl HCl Al echar agua se diluye la disolución pasando a ser menos ácida, por tanto su pH se elevará. H2O H2O l DILUCIÓN NH4Cl NH4Cl Al echar agua se diluye la disolución pasando a ser menos ácida, por tanto su pH se elevará.

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H2O H2O DILUCIÓN NaCl NaCl La disolución sigue igual y por tanto El pH = 7 H2O H2O DILUCIÓN NaOH NaOH Al echar agua se diluye la disolución pasando a ser menos básica, por tanto su pH disminuirá

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JUNIO 2010-2011.- Pregunta 2ª Se preparan disoluciones acuosas de los siguientes compuestos: Ioduro de potasio, dioxonitrato (III) de sodio, bromuro de amonio y fluoruro de sodio.

a) Escriba los correspondientes equilibrios de disociación y los posibles equilibrios de hidrólisis resultantes para los cuatro compuestos en disolución acuosa.

b) Justifique el carácter ácido, básico o neutro de cada una. DATOS: Ka dioxonitrato (III) de hidrógeno = 7,2 · 10-4; Ka ácido fluorhídrico = 6,6 · 10-4; Kb amoniaco = 1,8 · 10-5

SOLUCIÓN

a) Todos los compuestos son sales (no dan fórmulas de ningún compuesto), por tanto

estamos ante una cuestión de hidrólisis.

H2O

KI K+ I- La sal se disocia y no dan información en los datos de estos compuestos, no influyen en el agua, por tanto pH=7 H2O

NaNO2 Na+ NO2- Se disocia la sal y del ion sodio no hay información

no influye en el agua. Nos dan información del ácido nitrosa (Ka), por tanto el Ion nitrito (NO2

-) será una base conjugada con constante de equilibrio Kb, luego influye en el agua como una base. Así púes, el equilibrio de hidrólisis será: NO2

- + H2O HNO2 + OH-

MEDIO BÁSICO H2O

NH4Br NH4+ Br- Se disocia la sal y del ion bromo o del ácido del que

deriva no hay información, por tanto no influye en el agua. Nos dan información del amoniaco (Kb), por tanto el ion amonio (NH4

+) será un ácido conjugado con constante de equilibrio Ka, luego influye en el agua como un ácido. Así púes, el equilibrio de hidrólisis será: NH4

+ + H2O NH3 + H3O+

MEDIO ÁCIDO

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H2O

NaF Na+ F- Se disocia la sal y del ion sodio no hay información por tanto no influye en el agua Nos dan información del ácido fluorhídrico (Ka), por tanto el ion flúor (F-)será una base conjugada con constante de equilibrio Kb, luego influye en el agua como una base. Así púes, el equilibrio de hidrólisis será: F- + H2O HF + OH-

MEDIO BÁSICO

b) Ya está justificado el medio en el apartado anterior:

KI, MEDIO NEUTRO

NaNO2, MEDIO BÁSICO

NH4Br, MEDIO ÁCIDO Estos dos medios básicos “casi” tienen la misma

NaF, MEDIO BÁSICO fortaleza, ya que las Ka de sus ácidos valen “casi” lo mismo, aunque de forma estricta el valor de Ka del dioxonitrato (III) de hidrógeno es ligeramente superior al valor de la Ka del ácido fluorhídrico, por tanto su base conjugada, es decir, el ion nitrito (NO2

-) será ligeramente menor, es decir, ligeramente menos básica, por tanto su pH menor. NH4Br KI NaNO2 NaF

AUMENTO DE pH

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JUNIO 2010-2011.- Pregunta 5B Se dispone de una disolución acuosa de KOH de concentración 0,04 M y una disolución acuosa de HCL de concentración 0,025 M. Calcule:

a) El pH de las dos disoluciones. b) El pH de la disolución que se obtiene si se mezclan 50 mL de la disolución de KOH y 20 mL

de la disolución de HCl c) El volumen de agua que habría que añadir a 50 ml de la disolución de KOH para obtener

una disolución de pH=12

SOLUCIÓN

a) Si nos fijamos en el ejercicio, no dan ningún dato de constantes de equilibrio, ni tampoco

las piden, por tanto estamos ante una base muy fuerte, que se disocia totalmente (KOH) y

un ácido igual de fuerte, que se disocia totalmente:

KOH + H2O K+ + OH- + H2O Por eso simplemente ponemos

KOH K+ + OH- 0,04 M 0,04 M (Se disocia todo el hidróxido)

pOH = -log [OH-] = -log 0,04 M = 1,398⇨pH =12,6

HCl + H2O Cl- + H3O+

0,025 M 0,025 M (Se disocia todo el ácido)

pH = -log [H3O+] =-log 0,025 M ⇨pH = 1,60

b)

HCl + KOH KCl + H2O Parte del ácido reaccionará con parte de la base para dar la sal y el agua, pero seguro 20 mL 50 mL que habrá un reactivo en exceso (que hay 0,025 M 0,04 M que calcular) que determinará el pH de la disolución mezcla. Vamos a calcular Vamos a calcular los moles de HCl los moles de KOH n HCl n KOH

0,025 = ⇨ n HCl = 5·10-4 0,04 = ⇨ n KOH = 2·10-3 0,020 L 0,050 L Como la reacción es mol a mol, vemos que hay más moles de KOH (exceso) que de HCl (defecto), por tanto reaccionarán 5·10-4 de HCl con 5·10-4 de NaOH, para dar 5·10-4 de la sal KCl y sobrarán de

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KOH 1,5·10-3 moles que no han podido reaccionar por no haber más HCl (2·10-3 - 5·10-4), por tanto el medio será básico. Calcularemos ahora la nueva molaridad de KOH, ya que se han mezclado dos volúmenes: VT = 20 mL + 50 mL = 70 mL = 0,070 L 70 mL 1,5·10-3 1,5·10-3moles M = = 0,021 M KOH 0,070 KOH K+ + OH-

0,021 M 0,021 M

pOH = -log [OH-]= -log 0,021

pOH = 1,68⇨ pH = 12,32

c) H2O =150 mL H2O

⇨ 200 mL 50 mL KOH KOH 0,01M 0,04M pH=12,6 Si queremos que el PH

pase a ser 12 será necesario pH=12 ⇨pOH =2⇨[OH-]=0,01M

echar agua sobre los 2·10-3 KOH K+ + OH- moles de KOH que hay en los 0,01M 0,01M 50 ml 2·10-3

0,01M= ⇨VT =0,2 L VT = 200 mL 200 mL = 50 mL + V (H2O) V (H2O) = 150 mL

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SEPTIEMBRE 2010-2011.- Pregunta 2A Las siguientes afirmaciones son todas falsas. Reescríbalas para que sean correctas, justificando los cambios realizados:

a) Una disolución acuosa 0,01 M de ácido nítrico tiene un pH = 4. b) Un ácido muy débil (Ka < 10-8 ) en disolución acuosa da lugar a un pH ligeramente superior a

7. c) El valor de la constante de basicidad de la piridina (Kb = 1,6x10-9) es 4 veces el de la anilina

(Kb = 4x10-10) y, a igualdad de concentraciones, su grado de disociación es cuatro veces mayor.

d) Para aumentar una unidad el pH de una disolución acuosa de NaOH es necesario duplicar su concentración.

SOLUCIÓN a)

HNO3 + H2O NO3- + H3O

+ (ácido fuerte, sin equilibrio) 0,01M 0,01M

pH = -log 0,01 M ⇨pH = 2 y no 4 como dice el enunciado b) Falso, un ácido por débil que sea, dará un pH por debajo de 7 c) Planteemos las operaciones respectivas:

Piridina: B + H2O BH+ + OH- Supongamos una concentración inicial 0,2 M 0,2- x x x X2 x2

Kb = ⇨ 1,6x10-9 = ; x = 1,79 · 10-5 M 0,2 – x 0,2 - x 0,2 M 1,79 · 10-5 100 M α α = 8,95 · 10-3 %

Anilina: B´ + H2O B´H+ + OH- 0,2 – x x x X2 x2

Kb = ⇨ 4x10-10= ; x = 8,94 · 10-6 M 0,2 – x 0,2 - x 0,2 M 8,94 · 10-6 100 M α α = 4,47 · 10-3 % Si comparamos los grados de disociación, vemos que el de la piridina es 2 veces el grado de la anilina y no cuatro como dice el enunciado.

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Si ahora lo hacemos de forma general con una concentración M, tendremos:

Piridina: B + H2O BH+ + OH- Supongamos una concentración inicial M M - Mα Mα Mα He sustituido x en función de α (tanto

por uno) Mα · Mα Mα · Mα

K piridina = ⇨ K piridina= ; K piridina = Mα2

M – Mα M

Anilina: B´ + H2O B´H+ + OH- Supongamos la misma concentración M M – Mα´ Mα´ Mα´ He sustituido x en función de α (tanto por

uno) Mα´ · Mα´ Mα´ · Mα´

K anilina = ⇨ K anilina = ; K anilina = Mα´2 M – Mα´ M Ahora comparamos una con la otra: K piridina = Mα2 K piridina α2

⇨ = K anilina = Mα´2 K anilina α´2

Como K piridina nos dice el enunciado que es cuatro veces la de anilina, podremos sustituir la K piridina por 4 K anilina: 4 K anilina α2 α2 α

= ⇨ 4 = ; 2 = ⇨ α = 2α´ K anilina α´2 α´2 α´

Es decir, el grado de disociación de la piridina es dos veces el grado de disociación de la anilina

d) Totalmente falso, para aumentar una unidad, hay que aumentar la concentración en 10 veces: Por ejemplo: NaOH Na+ + OH-

10-2M 10-2 M ⇨ pOH = 2 ⇨ pH = 12 Para aumentar una unidad el valor del pH, la nueva concentración tendrá que ser 10-1 M NaOH Na+ + OH-

10-1M 10-1M ⇨ pOH = 1 ⇨ pH = 13 Si ahora comparamos estas concentraciones dadas: 10-2M significa 0,01 moles en un litro y 10-1M significa 0,1 moles en un litro, por tanto para pasar de 0,01 moles a 0,1 moles tengo que multiplicar por 10 el número de moles, es decir aumentar en 10 la concentración, no en dos como dice el enunciado

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SEPTIEMBRE 2010-2011.- Pregunta 5B El fenol (C6H5OH) es un ácido monoprótico muy débil. Una disolución acuosa 0,75 M de fenol tiene

un pH = 5,0. Calcule:

a) El grado de disociación.

b) El valor de Ka del fenol.

c) La disolución inicial se diluye hasta conseguir que el grado de disociación sea 3,0 x 10-5.

¿Cuál será la concentración total del fenol tras la dilución?

d) ¿Cuál es el pH de la dilución del apartado c)?

SOLUCIÓN

a) HA + H2O A- + H3O+ (C6H5OH + H2O C6H5O

- + H3O+)

0,75 – x x x Se puede calcular x al calcular la inversa del pH

0,75 - 10-5 10-5 10-5 pH = 5 ⇨ -5 = log [H3O+]; [H3O

+] = 10-5M

Si de 0,75 M 10-5M se disocia (ioniza)

100 M α; α = 1,33 · 10-3 %

b)

[ A- ] [ H3O+] 10-5 · 10-5

Ka = = ⇨ Ka = 1,33 · 10-10

[HA] 0,75 - 10-5

c)

Si aplicamos la definición de grado de disociación, tendremos:

1 M 3 · 10-5 se disocia

C x; Si despejamos x, tendremos ahora: x = C · 3 · 10-5 M

HA + H2O A- + H3O+

C – x x x

C - C · 3 · 10-5 C · 3 · 10-5 C · 3 · 10-5

[ A- ] [ H3O+] (C · 3 · 10-5)2 C2 · (3·10-5)2

Ka = = = 1,33 · 10-10; 1,33 · 10-10=

[HA] C - C · 3 · 10-5 C

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1,33 · 10-10

1,33 · 10-10 = C · 9 · 10-10, Ahora despejamos C; C = ⇨ C = 0,147 M= 0,15 M 9 · 10-10

d) [ H3O+] = C · 3 · 10-5= 0,147·3·10-5= 4,41·10-6M ⇨ pH = -log 4,41·10-6 = 5,36

Ejercicio de pK.- Se tiene una base (B) cuya pKb=6,6) siendo su concentración 0,25 M. Calcule:

a) Su pH b) Su grado de disociación c) El valor de la Ka de su conjugado d) El volumen de un ácido HA 0,15 M, necesario para que neutralicen 30 ml de esta base.

SOLUCIÓN

a)

pKb = -log Kb⇨ 6,6 = -log Kb⇨-6,6 = log Kb Kb = 2,51 · 10-7

B + H2O BH+ + OH-

0,25 – x x x

[BH+]· [OH-] x2

Kb = ⇨ Kb = 2,51 · 10-7 = ⇨ x = 2,5 · 10-4 M = [OH-]

[B] 0,25 – x pOH = -log 2,5 · 10-4 =3,6

pH = 10,4

b) Si 0,25 M 2,5 · 10-4 se disocian

100 M α; α = 0,1 %

c) Kw 10-14 Ka = = = 3,98 · 10-8

Kb 2,51·10-7

d) B + HA BH+ + A-

30 ml V?? 0,25 M 0,15 M

n B

0,25 M = ⇨ n B = 7,5·10-3 moles de la base = 7,5·10-3 moles de ácido, ya que la reacción es 0,030 L mol a mol, por tanto: 7,5·10-3 0,15 M = ; V=0,05L V