Soluciones Teoria - ÍES politécnico PDF

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SOLUCIONES Cuestiones teóricas 1.

b) Dadas dos disoluciones acuosas, una 0,1 M en cloruro sódico y otra 0,1 M en cloruro amónico, justificar cuál tendrá mayor pH.

La disolución 0,1 M de NaCl se trata de una sal que se disocia en los iones Na + y Cl-. El ión Na + procede de una base fuerte como es el NaOH y por lo tanto es un ácido conjugado muy débil y tendremos que: Na+ + H2O → No reacciona Por su parte, el ión cloruro Cl- procede de un ácido fuerte como es el HCl por lo cual es una base débil y entonces: Cl- + H2O → No reacciona Es decir, se trata de una disolución neutra y por lo tanto su pH = 7. En el caso de la disolución de cloruro amónico (NH 4Cl) tendremos los iones NH 4+ y Cl-. El ión amonio (NH4+) procede de una base débil como es el NH 3 por lo que será ácido conjugado fuerte capaz de reaccionar con el agua. + NH 4+ + H 2O NH 3 + H3 O El ión Cl al igual que en el caso anterior es una base muy débil que no reacciona con el agua. Por lo tanto, podemos decir que esta disolución tiene carácter ácido, y por lo tanto su pH < 7. Por lo tanto la disolución de NaCl es que tiene un mayor pH.

3.- Indica y explica razonadamente la veracidad o falsedad de las siguientes afirmaciones: a) Si el pH de la sangre es 7,35 y el pH de una bebida alcohólica es 3,35 podemos afirmar que la concentración de iones hidronio (H3O + ) en la sangre es 10000 veces menor que la de la bebida alcohólica. Si el pH de la sangre es de 7,35, tendremos que calcular la concentración de iones hidronio a partir de la expresión del pH, que viene dada por: pH = - log [H 3O+], de donde tendremos que: 7,35 = - log [H3 O+ ], resultando entonces que: [H3O+] sangre = 4,47.10-8 M. Repitiendo el mismo proceso con el pH de la bebida alcohólica, tendremos que: 3,35 = -log [H 3O+], de donde resulta que: [H 3O+]bebida alcohólica = 4,47.10-4 M. En consecuencia: [H3O+ ]bebida alcohólica / [H3O+]sangre = 104 , por lo tanto la cuestión es verdadera. b) El pH de una disolución acuosa de NaNO3 tiene carácter ácido. +

La disolución acuosa de la sal NaNO3 dará como consecuencia la presencia en disolución de los iones Na y + NO3-. El ion Na proviene de una base fuerte como es el NaOH y por lo tanto será un ácido débil incapaz de + reaccionar con el agua: Na + H 2O → No reacciona El ión nitrato NO3- proviene un ácido fuerte como es el ácido nítrico HNO3 en consecuencia será una base débil que será incapaz de reaccionar con el agua: NO3- + H 2O → No reacciona Por lo tanto podremos decir que la disolución resultante es neutra, y en consecuencia la afirmación es falsa.

c) En el equilibrio: HCO3- + H2 O ↔ CO32- + H3O +, la especie química HCO3- se comporta como una base de Brönsted-Lowry. En el equilibrio: HCO3- + H2O ⇆ CO 32- + H3O+ , como se puede observar la especie indicada HCO3- cede un protón y por lo tanto se comporta como una ácido de Brönsted-Lowry y la afirmación es falsa. d) Si un ácido tiene una K a = 10 -21 este valor sería indicativo de que se trata de un ácido muy fuerte.

+ Si representamos el equilibrio del ácido por la ecuación: AH + H 2O ⇆ A + H3 O , el valor de K a vendrá dado por la siguiente expresión:

Ka = [H 3O+ ] [A-] / [AH] En consecuencia si Ka = 10-21, esto quiere decir que el equilibrio se encuentra muy poco desplazado hacia la derecha, es decir, el ácido se encuentra poco disociado y en consecuencia es un ácido muy débil, luego la afirmación es falsa.

4.- Decir, justificando razonadamente las respuestas, si son VERDADERAS o FALSAS las siguientes cuestiones: a) El amoniaco es una base de Arrhenius. Según la teoría de Arrhenius, una base es toda sustancia que en disolución acuosa se disocia con formación de iones hidróxido, OH -. El amoniaco, si bien tiene un comportamiento básico en agua, no cede iones OH - en disolución acuosa. Por tanto, la afirmación es falsa. b) En una disolución acuosa de un ácido fuerte siempre habrá iones OH- . En una disolución acuosa de un ácido fuerte, el ácido se encuentra totalmente disociado; tendrá mucha tendencia a ceder protones (a una base). Ocurrirá lo siguiente: H O HA A - + H + no apreciándose la presencia de iones OH-. La afirmación es falsa. 2 c) Si se mezclan volúmenes iguales de HCl y NaOH con concentraciones iguales, el pH de la disolución resultante es ácido. En este caso mezclamos un ácido fuerte (HCl) y una base fuerte (NaOH) y, como consecuencia, tenemos una reacción química donde los productos de la reacción son una sal y agua: HCl + NaOH NaCl + H 2 O En la sal, el anión (Cl ) procede del ácido fuerte (HCl) y será su especie conjugada, es decir, una base muy débil, por lo tanto no reaccionará con el agua. El catión Na+ procede de la base fuerte NaOH y será su especie conjugada, es decir, un ácido muy débil que no reaccionará con el agua. En este caso, además, las cantidades estequiométricas de los reactivos coinciden (igual número de moles en ambos casos), con lo cual se neutralizarán el ácido y la base, por lo que el pH de la mezcla resultante será neutro. Concluimos diciendo que la afirmación es falsa. d) El HSO4- es una especie química que se comporta como un anfótero. Las sustancias anfóteras son sustancias que pueden actuar a veces como ácidos y, otras, como bases. En este caso la teoría de Brönsted-Lowry permite explicar este comportamiento en esta especie química. Frente al agua se comporta como un ácido, esto es: H+ SO42- + H3O+ HSO4 + H2 O Ácido 1

Base 2

Base 1

Ácido 2

Así mismo, puede actuar como una base débil frente a un ácido más fuerte que él, por ejemplo el ácido yodhídrico: H+ HI + HSO 3Ácido 1

Base 2

IBase 1

+

H 2SO4 Ácido 2

La afirmación, por tanto, es verdadera.

7.b) Indica, razonando la respuesta, el carácter ácido, básico ó neutro de las disoluciones acuosas de las siguientes sales:

1) Cloruro de magnesio (Dicloruro de magnesio) La disolución acuosa de MgCl 2 dará lugar a la presencia de los iones Mg 2+ y Cl- en disolución: MgCl2 Mg 2+ (ac) + 2Cl- (ac) El ión Mg2+ proviene de una base fuerte como es el Mg(OH) 2 y por tanto se trata del ácido conjugado de una base fuerte que no reacciona con el agua. De igual forma el ión Cl- proviene del ácido clorhídrico HCl que es un ácido fuerte y se comporta como una base débil incapaz de reaccionar con el agua. Por lo tanto la disolución resultante será neutra. 2) NH4NO 3 La disolución acuosa de nitrato amónico dará lugar a los siguientes iones: NH 4NO3 NH 4+ (ac) + NO3- (ac) El ión amonio (NH 4+) es la ácido conjugado de una base débil por lo tanto se comporta como un ácido fuerte capaz de reaccionar con el agua: NH 4+ (ac) + H 2O NH3 + H3O+ (ac) Por su lado el ion nitrato (NO 3-) es la base conjugada de un ácido fuerte como es el ácido nítrico y se comportará como una base débil incapaz de reaccionar con el agua: No reacciona NO 3- (ac) + H 2O Por lo tanto la disolución resultante tendrá carácter ácido

8.- a) Indique justificadamente si el pH será 7, mayor que 7 o menor que 7 en cada una de las disoluciones acuosas de los siguientes compuestos: a1 ) Cloruro sódico (Monocloruro de sodio). a2 ) Hidróxido de calcio (Dihidróxido de calcio). 9.- Responda de forma razonada a las cuestiones siguientes: a) De acuerdo con la teoría de Brönsted-Lowry, en las reacciones en disolución acuosa que se exponen, escriba las especies que faltan, e indique las que actúan como ácido y las que actúan como base: H 2CO3 + NH 3 ____________ HCO 3 + …….. HSO4 + HCO 3 ____________ H 2 CO 3 + …….. NH4+ + …….. ________________ NH 3 + HCO3

De acuerdo con la teoría de Brönsted-Lowry, ácido es toda sustancia capaz de ceder un protón a una base y base es toda sustancia capaz de aceptar un protón. De acuerdo con este concepto podemos ver que en la primera reacción el ácido carbónico ha cedido un protón ya que uno de los compuestos que se forman es el ion hidrogenocarbonato (ión bicarbonato) por lo tanto, el ácido carbónico se comporta como ácido y el amoniaco sería la base quedando pues la reacción. H2CO 3 (ácido) + NH3 (base) HCO 3- (base conjugada) + NH 4+ (ácido conjugado) En la segunda reacción vemos que se forma ácido carbónico, es decir, el ión hidrogenocarbonato ha captado un protón que le ha tenido que ceder el ión hidrogenosulfato que será el ácido, luego: H 2CO3 (ácido conjugado) + SO42- (base conjugada) HSO4- (ácido) + HCO3- (base) En la tercera reacción el ión amonio da lugar a la formación de amoniaco, es decir, ha cedido un protón, es decir, se comporta como ácido, luego la reacción completa es: NH 4+ (ácido) + CO 32- (base) NH 3 (base conjugada) + HCO 3- (ácido conjugado) b) Una disolución acuosa de la sal bromuro sódico (Monobromuro de sodio), ¿tendrá carácter ácido, básico ó neutro? La disolución acuosa de NaBr dará lugar a la presencia de los iones Na + y Br- en disolución: NaBr Na + (ac) + Br- (ac)

El ión Na+ proviene de una base fuerte como es el NaOH y por tanto se trata del ácido conjugado de una base fuerte que no reacciona con el agua. De igual forma el ión Br - proviene del ácido brómico HBr que es un ácido fuerte y se comporta como una base débil incapaz de reaccionar con el agua. Por lo tanto la disolución resultante será neutra. c) Una disolución acuosa de la sal NH4NO3 , ¿tendrá carácter ácido, básico ó neutro? La disolución acuosa de nitrato amónico dará lugar a los siguientes iones: NH 4NO3 NH 4+ (ac) + NO3- (ac) El ión amonio (NH 4+) es la ácido conjugado de una base débil por lo tanto se comporta como un ácido fuerte capaz de reaccionar con el agua: NH3 + H3O+ (ac) NH 4+ (ac) + H 2O Por su lado el ion nitrato (NO 3-) es la base conjugada de un ácido fuerte como es el ácido nítrico y se comportará como una base débil incapaz de reaccionar con el agua: No reacciona NO 3- (ac) + H 2O Por lo tanto la disolución resultante tendrá carácter ácido

10.- Sabiendo que las reacciones indicadas se producen espontáneamente (en el sentido de izquierda a derecha) H2 SO4 + H 2O HSO4- + HCO 3-

HSO4- + H3O + H2CO 3 + SO 42-

a) Indica cuál de las especies H 2SO 4 , HSO4 - y H 2 CO3 es el ácido más fuerte y cuál el ácido más débil (hacer uso del concepto ácido-base de Brönsted-Lowry). En la primera reacción: H2 O HSO4- + H3O + H 2SO4 + Ácido 1

Base 2

Base 1

ácido 2

El ácido sulfúrico (H 2SO4 ) al combinarse con agua, presenta mucha tendencia a ceder protones a la disolución y se comporta como un ácido fuerte. El ión HSO 4-, será su base conjugada débil, con poca tendencia a recibir protones. En la segunda reacción: HSO 4- + HCO 3H 2CO3 + SO42Ácido 1

base 2

ácido 2

base1

-

El ion HSO4 , cede protones y, por tanto, se comporta como un ácido frente al ión HCO 3(base: especie química aceptor de protones). Es una segunda cesión de protones, con lo que resulta más difícil esta cesión. Por consiguiente, el ion HSO 4-, se comporta como un ácido más débil que el H 2 SO4 (la constante de acidez será menor). El ión H 2CO 3- actúa como una base débil frente a un ácido más fuerte que él. Como consecuencia, su ácido conjugado (el ácido carbónico, H 2CO 3) será un ácido fuerte con mucha tendencia a ceder protones. El orden sería el siguiente: - ácido más fuerte: H 2 SO4 . Cuanto más electronegativo es el átomo central, la salida del protón es más sencilla. Al ser el azufre más electronegativo que el carbono, elegimos al H2SO4 como ácido más fuerte que el H 2CO 3. - Ácido más débil: HSO 4-. b) Predice el carácter ácido, básico o neutro de una disolución de NaCN. Dato: Ka(HCN) = 6,2.10-10. La disolución acuosa de NaCN dará lugar a la presencia de los iones Na + y CN - en disolución: NaCN (s) Na + (ac) + CN - (ac) El ión Na + proviene de una base fuerte como es el NaOH y por tanto se trata del ácido conjugado de una base fuerte que no reacciona con el agua: Na + + H2O no reacciona

El ión CN - proviene del ácido débil HCN por lo tanto se comporta como una base fuerte capaz de reaccionar con el agua: HCN (ac)+ OH - (ac) CN - (ac) + H2O (l) Por lo tanto la disolución resultante tendrá carácter básico.

11.- a) Define los siguientes conceptos:

a1) orbital; a2) ácido según la Teoría Brönsted y Lowry; a3) entropía; a4) potencial de ionización. a1) Se define como orbital a la región del espacio donde hay una probabilidad muy alta de encontrar a los electrones de un átomo a2) Un ácido es toda aquella sustancia capaz de ceder iones H +(a una base) a3) La entropía se interpreta como una medida del grado de desorden molecular del sistema (función de estado). a4) El potencial de ionización de un átomo se define como la energía necesaria para arrancar un electrón a este átomo en estado gaseoso. X (g) X +(g) + eb) Establece justificando las respuestas cuáles de las siguientes sustancias tienen carácter anfótero: b1) HCO3b3) Ácido clorhídrico (Cloruro de hidrógeno) b4) Hidróxido de calcio (Dihidróxido de calcio)

b1) Si, pues es capaz de comportarse como ácido y como base aceptando y/o cediendo protones. En este caso: H 2CO3 + OHHCO3- + H2 O HCO3 + H 2O CO 2-3 + H 3O+ b2) Si, lo mismo que el caso anterior: HS- + H2O H 2S + OH S2- + H 3O+ HS + H 2 O b3) No, pues es un ácido fuerte que se disocia dando protones HCl + H2O Cl - + H 3O + b4) No pues se trata de una base fuerte y se disocia dando iones hidroxilo Ca 2+ + 2OHCa (OH)2...