quimica de enlace

Problemas resueltos de acidos y bases.
´

5 de abril de 2010
1. Una disoluci´n acuosa de ´cido metanoico (f´rmico), cuya constante de disociaci´n es Kd =
o
a
o
o
−4
1, 77 · 10 , tiene un grado de disociaci´n α = 0,0412. Calcule:
o
a) ¿Cu´l es la concentraci´n molar de dicho acido?
a
o
´
b) ¿Cu´l es el pH de dicha disoluci´n?
a
o
c) ¿Cu´ntos mililitros de ´cido f´rmico ometanoico 1 M habr´ que tomar para preparar 100
a
a
o
ıa
ml de la disoluci´n original?
o
(a) El equilibrio de disociaci´n del ´cido f´rmico:
o
a
o
HCOOH
inicial
c
f inal
c(1 − α)
Kd = 1, 77 · 10−4 =

HCOO− + H +
0
0
cα
cα

[HCOO− ] · [H + ]
cα · cα
c · 0, 04122
=
=
⇒ c = 0, 1 M
[HCOOH]
c(1 − α)
(1 − 0, 0412)

(b) pH = -log [H + ] = -log cα = -log 0,1 · 0,042 = 2,39.
(c)En 100 ml 0,1 M hay 10−2 moles de HCOOH. Estos 10−2 moles en una disoluci´n 1 M (1
o
−2
mol de HCOOH en cada litro de disoluci´n) se encuentran en 10 litros, es decir en 10 cc de
o
disoluci´n 1 M y 90 cc de agua.
o
2. Calc´lese el pH y el grado de disociaci´n del ´cido benzoico en una disoluci´n de 100 ml que
u
o
a
o
contiene 1,22 g de acido benzoico y 2,88 g de benzoato s´dico. ¿Cu´lser´ el pH despu´s de
´
o
a
a
e
a˜adir a la disoluci´n anterior 10 ml de acido clorh´
n
o
´
ıdrico 0,1 N? Ka = 6, 3 · 10−5 .
Masas at´micas: C = 12 ; O = 16 ; H = 1 ; Na = 23.
o
Las reacciones que tendr´n lugar:
a
H2 O + C6 H5 − COOH

C6 H5 − COO− + H3 O+

C6 H5 − COON a −→ C6 H5 − COO− + N a+
Los iones benzoatos se hidrolizan en presencia del agua:
Hidr´lisis : C6 H5 − COO−+ H2 O
o

C6 H5 − COOH + OH −

Como todo el benzoato s´dico est´ practicamente disociado en ani´n benzoato y N a+ , por
o
a
o
efecto del ion com´n la primera reacci´n estar´ desplazada hacia la izquierda, por tanto:
u
o
a
Ka =
[C6 H5 − COO− ]

[C6 H5 − COO− ] · [H3 O+ ]
;
[C6 H5 − COOH]

[Sal]inicial ; [C6 H5 − COOH]

[Acido]inicial

2
Despejando en la expresi´n anterior:o
[H3 O+ ] = Ka ·

[´cido]
a
; tomando − log en ambos miembros :
[sal]

[sal]
[sal]
; pH = pK + log
[´cido]
a
[´cido]
a
Vamos a calcular las concentraciones iniciales de la sal y del acido, sabiendo que P.M de
´
C6 H5 − COON a = 144 y P.M. de C6 H5 − COOH = 122:
−log [H3 O+ ] = −log Ka + log

[sal]inicial =

2, 88
2, 88 g
=
= 0, 2 moles/l
P.M. 0, 1 l
144 · 0, 1

1,22 g
1, 22
=
= 0, 1 moles/l
P.M. 0, 1 l
122 · 0, 1
Sustituyendo estos valores en la expresi´n anterior del pH:
o
[´cido]inicial =
a

pH = −log 6, 3 · 10−5 + log

0, 2
= 4, 5
0, 1

De la primera de las reacciones se obtiene que en el momento del equilibrio la [H3 O+ ] = cα,
siendo c la concentraci´n y α el grado de disociaci´n del acido benzoico, respectivamente. Luego:
o
o
´α=

[H3 O+ ]
Ka · [´cido]/[sal]
a
Ka
=
=
= 3, 15 · 10−4
c
[´cido]
a
[sal]

La adici´n de 10 ml de HCl 0,1 N a la disoluci´n anterior, no producir´ pr´cticamente variaci´n
o
o
a a
o
del pH de la misma, ya que se trata de una disoluci´n amortiguadora o tamp´n. De todos modos
o
o
calcularemos el valor de ese pH.
El HCl se neutraliza con los OH − producidos en la disociaci´n delion benzoato. El volumen
o
total es ahora: 0,1 l + 0,01 l = 0,11 litros.
El n´mero de moles de HCl = 0,1 moles/l · 0,01 l = 10−3 moles.
u
El n´mero de moles de Sal = 0,2 moles/l · 0,1 l = 2 · 10−2 moles.
u
La neutralizaci´n se realiza mol a mol, gast´ndose en ultima instancia 1 mol de sal por cada
o
a
´
mol de acido.
´
Luego, el n´mero de moles de sal que quedan: 2 · 10−2 − 10−3 = 1, 9· 10−2 .
u
[sal] =
[´cido] =
a

1, 9 · 10−2 moles
= 0, 173 moles/l
0, 11 litros
0, 1 moles/l · 0, 1 l
= 0, 091 moles/l
0, 11 litros

Luego:
0, 173
= 4, 48
0, 091
que s´lo es m´s bajo dos cent´simas que el de la disoluci´n sin HCl.
o
a
e
o
pH = −log 6, 3 · 10−5 + log

3. El rojo de fenol es un indicador acido-base cuya f´rmula HI es amarilla y la forma alcalina I−
´
o...