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Adaptación: José Manuel Montaño Hilario.
Serie 4 de equilibrios ácido-‐base
Antes de contestar la serie, revisa el documento de repaso del tema que está en el amyd. Recuerda reflexionar las preguntas y la posible solución a los problemas ANTES y decide si tu solución es viable o no.
1. Clasifica las siguientes especies como ácidos o bases.
ion hidronio amoníaco ion amonio
𝑵𝑯𝟐!
agua ion nitrato
ion carbonato 𝑯𝑩𝒓 𝑯𝑪𝑵
2. Identifica los pares ácido base en los siguientes equilibrios y señálalos:
𝐶𝐻!𝐶𝑂𝑂! + 𝐻𝐶𝑁 ⇌ 𝐶𝐻!𝐶𝑂𝑂𝐻 + 𝐶𝑁! 𝐻𝐶𝑂!! + 𝐻𝐶𝑂!! ⇌ 𝐶𝑂!!! + 𝐻!𝐶𝑂! 𝐻!𝑃𝑂!! + 𝑁𝐻! ⇌ 𝐻𝑃𝑂!!! + 𝑁𝐻!!
𝐻𝐶𝑙𝑂 + 𝐶𝐻!𝑁𝐻! ⇌ 𝐶𝐻!𝑁𝐻!! + 𝐶𝑙𝑂! 𝐶𝑂!!! + 𝐻!𝑂 ⇌ 𝐻𝐶𝑂!! + 𝑂𝐻!
3. Una disolución de ácido oxálico contiene las siguientes especies en concentraciones
variables: 𝐶!𝐻!𝑂! ,𝐶!𝐻𝑂!!,𝐶!𝑂!!! 𝑦 𝐻! a) Dibuja las estructuras de Lewis de las especies 𝐶!𝐻𝑂!!𝑦 𝐶!𝑂!!! b) ¿Cuáles especies pueden actuar como ácidos, cuáles como bases y cuáles como anfolitos?
4. Determina la concentración molar de iones hidroxilo en una disolución de ácido clorhídrico 1.4 ∗ 10!! 𝑀
5. Determina la concentración molar de iones hidronio presentes en disolución a los distintos valores de pH que se presentan a continuación: 2.42 , 11.21, 6.96 y 14.0
6. El pOH de una disolución es de 9.40. Determina la concentración molar de iones hidronio.
7. ¿Cuál(es) de las siguientes aseveraciones son correctas, si se tiene un ácido débil HA 0.10 mol/L? ¿por qué? a) El pH es igual a 1.00 b) 𝐻! > 𝐴! c) 𝐴! > 𝐻! d) El pH es menor a 1
Adaptación: José Manuel Montaño Hilario.
8. ¿Cuál de las siguientes disoluciones tiene un valor de pH mayor? a) ácido fórmico 0.400 M b) ácido perclórico 0.400 M c) ácido acético 0.400 M
9. La constante de acidez del ácido benzoico es de 6.5×10!!. Determina el pH de una disolución de este ácido de concentración 0.10 mol/L
10. El pH de una disolución del ácido HA es de 6.20. Determina la constante de acidez del ácido, si la concentración inicial del mismo es de 0.010 M
11. Determina el pH de una disolución de acetato de sodio 0.36 M
12. El pH de una disolución de un ácido monoprótico es 3.86, ¿es un ácido fuerte? ¿por qué?
13. Sean HA y HB dos ácidos débiles, pero HB tiene un pKa menor. ¿Será necesario mayor volumen de una disolución de hidróxido de sodio 0.10 M, para neutralizar 50.0 mL de HB 0.10 M que para neutralizar 50.0 mL de HA 0.10 M? ¿Por qué?
14. Determina las concentraciones de todas las especies en una disolución 0.100 M de ácido fosfórico al equilibrio.
15. ¿Qué masa de cianuro de sodio, son necesarios disolver en agua, para obtener exactamente 250 mL de una disolución cuyo pH sea 10.0?
16. Determina el pH de una disolución que contiene en un litro 0.150 mol de ácido acético y 0.100 mol de ácido clorhídrico.
17. Una muestra de 1.294 g de un carbonato metálico reacciona con 500 mL de una disolución de ácido clorhídrico 0.100 mol/L. El exceso de ácido se neutraliza con 32.80 mL de hidróxido de sodio 0.588 M. ¿Determina que probable elemento es M?
18. Determine el pH de: a) Una disolución de ácido acético 0.40 mol/L b) Una disolución que tiene ácido acético a una concentración 0.4 mol/L y cloruro de amonio 0.20 mol/L
19. Un ácido diprótico (𝐻!𝐴) tiene las siguientes constantes de acidez : 𝐾!! = 1.1×10!! 𝑦 𝐾!! = 2.5×10!! Para preparar una disolución amortiguadora pH 5.85, Qué combinación escogerías para ello 𝐻!𝐴/𝐻𝐴! o 𝐻𝐴!/𝐴!!
20. Trace un bosquejo de las curvas de valoración de los siguientes casos: a) ácido clorhídrico frente al hidróxido de sodio b) ácido clorhídrico frente a metilamina (𝐶𝐻!𝑁𝐻!) c) ácido acético frente a hidróxido de sodio
21. Una muestra de 0.2668 g de ácido monoprótico neutraliza 16.4 mL de una disolución de hidróxido de potasio 0.08133 M. Determina la masa molar del ácido monoprótico.
Adaptación: José Manuel Montaño Hilario.
22. Una muestra de 0.1276 g de ácido monoprótico desconocido se disolvió en 25.0 mL de agua, y se valoró con hidróxido de sodio 0.0633 M. El volumen de base gastado es de 18.4 mL: a) ¿Cuál es la masa molar del ácido? b) Después de añadir 10.0 mL de base, el pH medido fue de 5.87. ¿Cuál es la constante de acidez del ácido?
23. Un disolución de 25.0 mL de ácido acético 0.10 mol/L, se valoró con hidróxido de sodio 0.100 mol/L. Calcule el pH después de las siguientes adiciones de hidróxido de sodio a la disolución de ácido acético: 0.0 mL, 5.0 mL, 10.0 mL, 12.5 mL y 15.0 mL.
24. Un bioquímico necesita 750 mL de una disolución amortiguadora de ácido acético/acetato de sodio de concentración global 0.5 mol/L, cuyo pH sea de 4.5, y dispone de acetato de sodio sólido y ácido acético glacial. El ácido acético glacial tiene una concentración 99% en masa y una densidad de 1.05 g/mL, el acetato de sodio tiene una pureza de 99.8%, ¿Cómo prepararía la disolución amortiguadora?
25. Deduzca la ecuación de Henderson-‐Hasselbach a partir del siguiente equilibrio:
𝐻𝐴(𝑎𝑐) ⇌ 𝐻!(𝑎𝑐)+ 𝐴!(𝑎𝑐)
26. Complete la siguiente tabla:
[𝐻!] [𝑂𝐻!] 𝑝𝐻 𝑝𝑂𝐻 ¿Ácida o básica?
7.5 ∗ 10!!𝑀 3.6 ∗ 10!!"𝑀 8.25 5.70
27. Cierta muestra de vinagre tiene un pH de 2.90. Suponiendo que el único ácido que contiene el vinagre es ácido acético (𝐾𝑎 = 1.8 ∗ 10!!), determina la concentración de ácido acético en el vinagre
28. La sacarina un sustituto del azúcar, es un ácido débil con pKa = 2.32 a 25°C. Se disocia en disolución acuosa liberando un protón: ¿Determina el pH de una disolución 0.10 mol/L de esta sustancia?
29. La efedrina, un estimulante del sistema nervioso central, se usa en rocíos nasales como descongestionantes. Este compuesto es una base orgánica débil y establece un equilibrio de hidrólisis básica: Una disolución 0.035M de efedrina tiene un pH de 11.33 a) ¿Determina las concentraciones al equilibrio de 𝐶!"𝐻!"𝑂𝑁,𝐶!"𝐻!"𝑂𝑁𝐻! 𝑦 𝑂𝐻!? b) Determina la Kb de la efedrina y el valor de Ka del ácido conjugado de la efedrina
Adaptación: José Manuel Montaño Hilario.
30. Diga si las disoluciones acuosas de los compuestos siguientes son ácidas o básicas y justifique sus respuesta: a) 𝑁𝐻!𝐵𝑟 b) 𝐹𝑒𝐶𝑙! c) 𝑁𝑎!𝐶𝑂! d) 𝐾𝐶𝑙𝑂! e) 𝑁𝑎𝐻𝐶!𝑂!
31. Los aminoácidos son las unidades estructurales de las proteínas. Estos compuestos
contienen mínimo un grupo amino y un grupo carboxilo. Considere la glicina 𝑁𝐻!𝐶𝐻!𝐶𝑂𝑂𝐻. Según el pH de la disolución, la glicina puede existir en tres formas posibles:
𝐶𝑜𝑚𝑝𝑙𝑒𝑡𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑡𝑜𝑛𝑜𝑑𝑎 𝑁!𝐻!𝐶𝐻!𝐶𝑂𝑂𝐻 𝑍𝑤𝑖𝑡𝑡𝑒𝑟𝑖ó𝑛 𝑁!𝐻!𝐶𝐻!𝐶𝑂𝑂!
𝐶𝑜𝑝𝑙𝑒𝑡𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑖𝑜𝑛𝑖𝑧𝑎𝑑𝑎 𝑁𝐻!𝐶𝐻!𝐶𝑂𝑂! Realiza las estructuras de Lewis de cada forma. Predice la forma predominante de la glicina a un pH de 1.0, 7.0 y 12.0, si los pKa’s son 2.3 para el grupo carbonilo y 9.6 para el grupo amino.
32. La forma de distinguir una disolución amortiguadora de una disolución ácida, es mediante el método de la dilución: a) Considere una disolución amortiguadora de ácido acético y acetato de sodio, 0.500 mol/L para ambas sustancias, determina el valor de pH inicial y el valor de pH al diluir 1:10 la disolución. b) Compare el resultado del inciso a, con los valores de pH inicial y el pH al diluir 1:10 una disolución de ácido acético 0.500 mol/L
33. Una muestra de 0.96 L de cloruro de hidrógeno a 372 mmHg y 22°C se burbujea en 0.034 L de amoníaco 0.57 M. ¿Determina el pH de la disolución resultante, considerando que se disuelve todo el cloruro de hidrógeno y el volumen es constante?
34. Sugiera un indicador adecuado para detectar el punto final en la titulación de ácido sulfuroso 0.05 M con NaOH 0.1 M si la reacción de interés es la siguiente:
𝐻!𝑆𝑂! + 𝑁𝑎𝑂𝐻 ⇌ 𝑁𝑎𝐻𝑆𝑂! + 𝐻!𝑂 Indicador Intervalo de pH Azul de Timol 1.2-‐2.8 y 8-‐9.6 Rojo de Fenol 6.8-‐8.4 Verde de Bromocresol 3.8-‐5.4 Fenolftaleína 8.3-‐10
𝑝𝐾𝑎 𝐻!𝑆𝑂!/𝐻𝑆𝑂!! = 1.9 𝑝𝐾𝑎 𝐻𝑆𝑂!!/𝑆𝑂!!! = 7.2
Adaptación: José Manuel Montaño Hilario.
35. Un alumno recién egresado de la carrera de química, tuvo como primer trabajo conocer la masa de ácido maléico que contiene una muestra. Los datos que se le dieron al alumno son los siguientes: El ácido maléico es un ácido diprótico (el cual representaremos por 𝐻!𝐴) con masa molar de 116.1 g/mol y con los siguientes valores de pKa: pka1 =1.8; pKa2 =5.9 El alumno sabía que en la muestra no existía ningún otro compuesto con propiedades ácido-‐base y que el ácido maléico es un sólido. Además, le informaron que la cantidad de ácido maléico que podía contener la muestra no debería ser mayor del 40 %. Para valorar la muestra pesó 20 g de ella y los colocó en un matraz volumétrico de 100 ml que posteriormente completó al aforo con agua, disolviéndose todo el sólido (disolución “A”). De la disolución “A” tomó 15 ml y llevó al aforo en un matraz de 250 ml con agua, (disolución “B”), para valorar la disolución “B” tomó 20 ml, le agregó 3 gotas de fenolftaleína y valoró con NaOH 0.06M; el volumen que se gastó de NaOH para observar el cambio de color de ladi disolución de incolora a rosa fue de 30 ml. a) ¿Determina la concentración de la disolución A? b) ¿Determina el pH de la disolución A? c) ¿Determina la concentración de la disolución B? d) ¿Determina el porcentaje de ácido maleico en la muestra?
36. Se tiene en las siguientes disoluciones acuosa:
Compuesto Concentración (mol/L) pKa Fenilhidrazina 0.1 9.98 Ácido Fórmico 0.3 3.75
Etilamina Protonada 0.1 10.67 Ácido Gálico 0.2 4.41 Aziridina 0.2 8.04 Guanidina 0.1 13.5
Indique todas las reacciones que se llevan a cabo, si se mezclan todas las disoluciones, determina la constante de equilibrio de todas las reacciones, la concentración al equilibrio de todas las especies involucradas, y el pH final de la disolución.
37. Considere los ácidos 𝐻𝐴, 𝐻!𝐵, y 𝐻!𝐶 cuyos pKa´s son 2.7 para el ácido 𝐻𝐴, 3,2 y 4.5 para el ácido 𝐻!𝐵 y 1.5, 4.8 y 6.9 para el ácido 𝐻!𝐶. a) ¿Cuál de todas las especies posibles en disolución es el ácido más fuerte y cuál es el
ácido más débil? b) ¿Si se requiere prepara un Buffer a pH 4.65, cuáles especies propones utilizar para
prepararlo y por qué? c) ¿Determina la especie que al reaccionar con Hidróxido de Sodio, presentaría un valor
de constante de equilibrio más grande? d) Si se ponen en contacto una disolución 0.15 mol/L del ácido 𝐻!𝐶, una disolución 0.23
mol/L de 𝐻𝐵! , una disolución 0.4 mol/L de 𝐶!! y una disolución 0.12 mol/L de 𝐻𝐴. Determin la concentración de todas las especies al equilibrio, la constante de
Adaptación: José Manuel Montaño Hilario.
equilibrio de todas las reacciones involucradas en este proceso, y escribe las especies que imponen el pH al equilibrio, y el valor del mismo.
38. Una muestra que contiene Carbonato de sodio y Bicarbonato de Sodio, llega a tus manos en el examen final del laboratorio de Química General II, el examen consiste en determinar el porcentaje de cada sal en la muestra problema. Sigue las instrucciones y realiza el experimento: “Pesar aproximadamente 0.1 g de muestra, disolverlo en agua suficiente y valorar la disolución con ácido clorhídrico normalizado 0.1 M, usando como indicador visual fenolftaleína, cuando observe el vire del indicador de rosa a incoloro, tomar la lectura de ese volumen (Volumen 1), y agregar anaranjado de metilo y seguir valorando hasta el cambio de color (amarillo a rojo canela), una vez que se del segundo vire anotar el volumen (Volumen 2) y la valoración ha terminado. Realizarlo por triplicado” Terminas el experimento y obtienes los siguientes resultados:
Matraz Masa de muestra (g)
V1 (mL) V2 (mL)
1 0.1024 2.7 15.0 2 0.1041 2.9 15.7 3 0.1080 3.2 16.4
a) Plantea las reacciones que ocurren durante el experimento. b) Qué significado tienen el Volumen 1 y el volumen 2 c) Determina el porcentaje de carbonato y bicarbonato para cada muestra y reporta el
resultado final como el promedio de las tres replicas con su respectiva desviación estándar y coeficiente de variación.
d) ¿Aprobaste el examen final o estás pensando en cambiarte de carrera?
39. Nuevamente estas en examen final de laboratorio de Química General II (el recursamiento), y ahora a te llegan tres frascos con las siguientes etiquetas: Carbonato de Sodio, Acetato de Sodio y Cloruro de Sodio, se te dice que las etiquetas no están en el frasco debido y que tu examen consiste en determinar mínimo una de las tres sales y colocarle la etiqueta correcta. De uno de los frascos tomas 0.17807 g y sin secarlos previamente en la estufa, le agregas 30 mL de agua para disolver la sal, posteriormente realizas una valoración potenciométrica (es decir utilizando pHmetro) contando como titulante ácido clorhídrico de concentración 0.098 M. La curva de valoración que obtuvo se muestra a continuación.
Adaptación: José Manuel Montaño Hilario.
a) ¿Qué sal de las tres posibles fue la que valoraste? ¿Por qué? b) ¿Determina los valores de pKa de la sal que valoraste? c) ¿Por qué los volúmenes gastados en los puntos de equivalencia no son iguales? d) ¿Cuál es la pureza de la sal que valoraste? e) Menciona cómo identificaría las otras dos sales restantes f) Determina que indicador utilizarías para realizar este experimento, sino contaras con
pHmetro g) ¿Ahora si pasarás al curso de Química General II I o esta vez sí te cambiarás de
carrera?
40. En tu último intento por aprobar el laboratorio de Química General II, te presentas al examen final (segundo recursamiento), acostumbrado a los retos experimentales decides afrontar el examen el cual consiste en determinar qué muestra se te ha asignado, para ello te dicen que peses aproximadamente 200 mg de la muestra asignada, y realices una valoración potenciométrica. Las posibles sustancias que te pudieron haber asignado son: Compuesto pKa Ácido acetilsalicílico 3.5 Glicina Para el amino 9.8 y para el carboxílico 2.4 Ácido Salicílico 3 Biftalato de Potasio 2.9 y 5.5 Acetato de Sodio 4.8 Bicarbonato de Sodio 6.35 y 10.3 Trietanolamina 7.8 Tris(hidroximetil)aminometano 8.1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
10 11 12
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
pH
Volumen agregado de HCl 0.098 M (mL)
Valoración de 0.17807 g de muestra (volumen inicial: 30 mL)
Adaptación: José Manuel Montaño Hilario.
La curva que obtienes experimentalmente es al siguiente:
a) ¿Determina el pKa de la sustancia que te asignaron? b) ¿Determina que sustancia te asignaron? c) ¿Por fin has aprobado la materia o ya te estás inscribiendo en otra carrera?
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 5 10 15 20 25 30
pH
Volumne agregado de HCl (mL)
