Guia 07 Equilibrio Ionico

UNIVERSIDAD ANDRES BELLO
FACULTAD DE ECOLOGÍA Y RECURSOS NATURALES DEPARTAMENTO DE CIENCIAS QUÍMICAS QUIMICA GENERAL GUÍA DE EJERCICIOS # 7 Equilibrio Iónico en solución acuosa (I) Equilibrio Ácido-Base Objetivos Específicos 1. Ácidos y bases; definición de Brönsted-Lowry 2. Producto iónico del agua y escala de pH 3. Ácidos y bases, fuertes y débiles Ejercicios Resueltos 1. La constante dedisociación ácida del ácido hipocloroso es Ka = 3,0 x 10-8. Para una disolución 0,0075M de HClO en agua, calcule: a) las concentraciones de H3O+, ClO-, HClO en el equilibrio b) el porcentaje de disociación del ácido c) el pH de la disolución ácida Desarrollo Escribimos la ecuación para la reacción de disociación en iones del ácido débil en agua y la situación de concentraciones iniciales, cambio yconcentraciones “finales” que son las de equilibrio: HClO + H2 O H3O+ + 0M X (X) M ClO0M X (X) M

Cinicial 0,0075M cambio −X

Cequilibrio (0,0075 – X) M a)

Debemos encontrar la x para responder cuáles son las concentraciones de equilibrio. Para ello planteamos la expresión de Ka en función de las concentraciones molares de equilibrio de reactivos y productos: Ka = [H3O+] [ClO-] = 3,0 x 10-8[HClO] Reemplazando: Ka = (X) (X) = 3,0 x 10-8 (0,0075 – X)

Resolviendo, queda la siguiente ecuación de segundo grado: X2 + 3,0 x 10-8X - 2,25 x 10-10 = 0 que se resuelve con X = X =
−3, 0 x10−8 ± (3, 0 x10−8 )2 − 4(2,25x10−10 ) 2

−b ± b2 − 4ac 2a

X 1 = - 1,5 x 10-5 X 2 = 1,5 x 10-5 El valor negativo no tiene sentido físico, por lo que el valor de X es 1,5 x 10-5. Ahora respondemos cualesson las concentraciones molares de todas las especies presentes en el equilibrio: [HClO] = (0,0075 – X)M = (0,0075 − 1,5 x 10-5 ) = 7,485 x 10-3 M [H3O+] = [ClO-] = (X)M = 1,5 x 10-5M b) c) % de disociación = [H3O+] x 100 = 1,5 x 10-5M [HClO]inicial 0,0075 pH = - log [H3O+] = - log (1,5 x 10-5) = 4,8 Nota: Antes de resolver la ecuación cuadrática se puede comprobar si la x del denominador en laexpresión de Ka se puede despreciar, por ejemplo, si se cumple que: -4 Ka ≤ 1,0 x 10 4 Cinicial En el caso de nuestro ejemplo el cálculo resulta 3,0 x 10-8 = 1,0 x 10-6 4 x 0,0075 Como 1,0 x 10-6 < < 1,0 x 10-4 Podríamos haber despreciado la x en el denominador facilitando el cálculo y cometiendo un mínimo error en el valor obtenido de la X.

2.

Una disolución de ácido fenilacético HC8H7O2tiene un pH de 2,68. Sabiendo que en la disolución este ácido débil está disociado un 2,47%, calcule: a) La constante de disociación Ka del ácido fenilacético b) La concentración inicial de la disolución del ácido.

Desarrollo A partir del pH se obtiene la concentración molar de iones hidronio H3O+: Si pH = − log [H3O+]

La concentración molar de iones hidronio es: [H3O+] = 10-pH = 10-2,68 = 2,1x 10-3 M La ecuación de disociación del ácido es: HC8H7O2 Cinicial cambio X − 2,1 x 10-3 M + H2O H3O+ 0M 2,1 x 10-3 M (2,1 x 10-3)M + C8H7O20M 2,1 x 10-3 M (2,1 x 10-3)M

Cequilibrio (x – 2,1 x 10-3)M

La expresión de la constante Ka es: Ka = [H3O+] [C8H7O2-] [HC8H7O2] Reemplazando las concentraciones molares de equilibrio: Ka = (2,1 x 10-3)(2,1 x 10-3) (x – 2,1 x 10-3) Para obtener el valorde Ka sólo falta saber el valor de x que corresponde a la concentración inicial del ácido fenilacético y que podemos calcular a partir del % de disociación: % de disociación = [2,1 x 10-3] x 100 = 2,47 % [HC8H7O2] inicial Despejando [HC8H7O2] inicial = 0,085 M (respuesta b)

Y ahora podemos reemplazar en la expresión de Ka: Ka = (2,1 x 10-3)(2,1 x 10-3) = 5,3 x 10-5 (0,085 – 2,1 x 10-3) Larespuesta a) es Ka = 5,3 x 10-5

Ejercicios 1. Según la definición de Brönsted-Lowry de un ácido como dador de protones y de una base como aceptor de protones identifique en las siguientes reacciones pares conjugados ácido-base: a) HCO3-(ac) + H2O (l) CO32-(ac) + H3O+(ac) b) HF (aq) + HPO42-(aq) c) HSO4- (ac) + HS- (ac) F-(aq) + H2PO4-(aq) SO42- (ac) + H2S (ac)

2. Indique la base conjugada de...