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Una serie de ejercicios relacionados con el equilibrio químico y el ph de soluciones acuosas. Incluye ejercicios sobre el cálculo del ph de soluciones de ácidos y bases, así como la determinación de las concentraciones de especies iónicas en equilibrio. Los temas abordados abarcan el producto iónico del agua, la neutralización de ácidos y bases, el equilibrio de sistemas buffer y la resolución de ecuaciones de equilibrio químico. El documento proporciona un conjunto de problemas prácticos que permiten al estudiante aplicar los conceptos teóricos de química ácido-base y desarrollar habilidades en el análisis y resolución de problemas relacionados con el equilibrio químico en soluciones acuosas.
Tipo: Exámenes
1 / 18
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Ejercicio Nº
a) hidróxido de sodio 1,0 x 10
] = 1,0 x 10
NaOH 1,0 10
NaOH (s)
H 2 O Na
(ac) + OH
Na
(ac) + H 2 O ( l ) NR (no reacciona)
Na
es un ion espectador
Producto iónico del agua
Kw = [H 3 O
] [OH
] = [OH ]
w =
] = 1 10
c) ácido clorhídrico, preparado por disolución en agua de 24,8 cm
3 de HCl(g), medidos a 30°C y 740
mm Hg, en un volumen final de 2,50 dm
3
. Rta.: [H 3 O
] = 3,9 x 10
HCl (g)
V = 24,8 cm
3 = 0,0248 L T = 30 °C = 303 K P = 740 mmHg = 0,9737 atm
P V = n R T
n (^) HCl (g) = R T
mol K
L atm 0 , 082
0 , 9737 atm 0 , 0248 L n (^) HCl (g) = 9,72 10
2,50 dm
3 solución 9,72 10
1 dm
3 solución x = 3,889 10
HCl (g) + H 2 O ( l ) Cl
(ac) [H 3 O
] = 3,89 10
K (^) w
3
Ejercicio Nº 3
¿Qué volumen de una solución 0,50 M de NaOH debe ser diluida a 1,0 dm
3 para obtener una solución
con pH = 11,35? Rta.: 4,48 cm
3 .
Kw = [H 3 O
] [OH
] + (– log [OH
pH = 11,35 pH + pOH = 14
pOH = 14 – 11,35 = 2,
– log [OH
Se debe preparar NaOH 2,239 10
3 , se necesitan 2,239 10
f.u. de NaOH.
Si se dispone de NaOH 0,50 M
0,50 mol f.u. NaOH 1000 cm
3 solución 2,239 10
3 solución
Se toman 4,48 cm
3 de solución madre.
Ejercicio Nº 5
a) 0,00 cm
3 Rta.: pH = 0,70.
HCl 0,20 M
HCl (ac) + H 2 O ( l ) Cl
(ac)
Cl
] = 0,20 M pH = – log [H 3 O
] = 0,699 pH = 0,
b) 50,0 cm
3 Rta.: pH = 1,10.
HCl (ac) + H 2 O ( l ) Cl
(ac) Cl
NaOH (s)
H 2 O Na
(ac) + OH
(ac) + H 2 O ( l ) NR
(ac) + OH
75,0 cm
3 HCl(ac) 0,20 M 1000 cm
3 solución 0,20 mol moléc. HCl
75 cm
3 solución x = 0,015 mol moléc. HCl
0,015 mol ion H 3 O
50,0 cm
3 NaOH(ac) 0,1000 M 1000 cm
3 solución 0,1000 mol f.u. NaOH
50 cm
3 solución x = 5 10
5 10
(ac) + OH
ni 0,015 5 10
n – 5 10
nf 0,01 0 Vf = 125 cm
3
125 cm
3 solución 0,01 mol ion H 3 O
1000 cm
3 solución x = 0,08 mol ion H 3 O
[H 3 O
] = 0,08 M
pH = – log [H 3 O
] = – log 0,08 = 1,097 =1,10 pH = 1,
El procedimiento del item b se repite en los items siguientes.
c) 75,0 cm
3 Rta.: pH = 1,30.
75,0 cm
3 HCl(ac) 0,20 M 0,015 mol ion H 3 O
75,0 cm
3 NaOH(ac) 0,1000 M
1000 cm
3 solución 0,1000 mol f.u. NaOH 75 cm
3 solución x = 7,5 10
7,5 10
Ejercicio Nº 7
El ácido láctico es un componente común de la leche agria y del metabolismo de hidratos de carbono en
los humanos. Una solución de ácido láctico, CH 3 CHOHCOOH, 0,10 M presenta un valor de pH = 2,
(
o C) ¿Cuál es el valor de la Ka para el ácido láctico? Rta.: Ka = 1,43 x 10
Ácido láctico: CH 3 CHOHCOOH 0,10 M. Si lo simbolizamos como HL
HL (ac) + H 2 O ( l ) L
(ac)
Ci 0,10 – –
C – x + x + x
Ceq 0,10 – x x x
Si pH = – log [H 3 O
] = 2,43 [H 3 O
] = 3,715 10
Ka = [HL]
0 , 10 – x
x
2 = – 3
Ejercicio Nº 10
a) HNO 2 1,00 M Rta.: pH = 1,63 y pOH = 12,
HNO 2 1,00 M pKa = 3,
HNO 2 (ac) + H 2 O ( l ) NO 2
(ac)
Ci 1 – –
C – x + x + x Ceq 1 – x x x
Ka = [HNO]
2
3
2
= 5,62 10
x
1
2
= 5,62 10
Se verifica si:
Mi Ka 100 1 5,62 10
Como se puede despreciar x en el denominador
x
2 = 5,62 10
4 ,
= 0,
] = 0,0237 M pH = – log [H 3 O
] = 1,625
pOH = 14 – pH = 14 – 1,63 = 12,
pH = 1,63 y pOH = 12,
d) H 3 PO 4 0,8 M Rta.: pH = 1,15 y pOH = 12,85.
H 3 PO 4 0,8 M pKa1 = 2,16 pKa2 = 7,21 pKa3 = 12,
Ka1 = 6,92 10
H 3 PO 4 (ac) + H 2 O ( l ) H 2 PO 4
(ac)
Ci 0,8 – –
C – x + x + x
Ceq 0,8 – x x x
Ka1 = [HPO]
3 4
3
2 4
= 6,92 10
0 , 8 – x
x
2 = 6,92 10
Si se desprecia x frente a 0,8 x = 0,074 y α% = M
x 100 = 0,
No se puede despreciar x en el denominador
x
2 = (0,8 – x) 6,92 10
x
2
x1,2 = 2 a
2 = 2
x1,2 = 2
3
3
] = 0,07102 M pH = – log [H 3 O
] = 1,149
pOH = 14 – pH = 14 – 1,149 = 12,
pH = 1,15 y pOH = 12,
h) Ca(OH) 2 0,3 g/dm
3 Rta.: pH = 11,91 y pOH = 2,09.
Ca(OH) 2 0,3 g/dm
3
MMCa(OH)2 = 74 g/mol n = M M
mol
g 74
0 , 3 g = 4,054 10
Ca(OH) 2 4,054 10
Ca(OH) 2 (s)
H 2 O Ca
2+ (ac) + 2 OH
M M 2 M
[OH
pOH = – log [OH
pH = 11,91 y pOH = 2,
j) NaCN 0,10 M Rta.: pH = 11,10 y pOH = 2,90.
NaCN 0,10 M pKa = 9,21 Ka = 6,17 10
NaCN (s)
H 2 O Na
(ac) + CN
Na
(ac) + H 2 O ( l ) NR Na
ion espectador
Ci 0,10 – –
C – x + x + x
Ceq 0,10 – x x x
Como tengo una base débil, el pH va a ser mayor a 7
KOH (s)
H 2 O K
(ac) + OH
K
(ac) + H 2 O ( l ) NR K
ion espectador
[OH
2 H 2 O ( l ) H 3 O
(ac) + OH
Ci – 5 10
C + x + x
Ceq x 5 10
Kw = [H 3 O
] [OH
2 =1 10
2
x1,2 = 2 a
2 = 2
x1,2 = 2
pOH = – log [OH
pH = 7,01 y pOH = 6,
Ejercicio Nº 13
HF 0,015 M pKa = 3,17 Ka = 6,76 10
HF (ac) + H 2 O ( l ) F
(ac)
Ci 0,015 – –
C – x + x + x Ceq 0,015 – x x x
Ka = [HF]
0 , 015 – x
0 , 015 – x
x
2 = 6,76 10
No se puede despreciar x en el denominador
2 = (0,015 – x) 6,76 10
2
2 a
2 = 2
] = `[ F
Ejercicio Nº 14
a) piridina 0,010M (C 6 H 5 N, base débil) Rta.: pH = 8,60.
C 5 H 5 N 0,010 M ion piridinio pKa = 5,2 Ka = 6,31 10
C 5 H 5 N (ac) + H 2 O ( l ) C 5 H 5 NH
(ac) + OH
Ci 0,010 – –
C – x + x + x
Ceq 0,010 – x x x
Kb = [CHN]
5 5
5 5
a
w
K
14
= 1,58 10
Kb = 0 , 010 – x
0 , 010 – x
x
2 = 1,58 10
Se verifica si: Mi Kb 100 0,010 1,58 10
Como se puede despreciar x en el denominador
x
2 = 1,58 10
9 ,
= 3,975 10
pH = 14 – pOH = 14 – 5,40 = 8,60 pH = 8,
g) arseniato de sodio 0,1 M Rta.: pH = 12,
Na 3 AsO 4 0,1 M pKa1 = 2,26 pKa2 = 6,76 pKa3 = 11, Ka3 = 5,13 10
Na 3 AsO 4 (s)
H 2 O 3 Na
(ac) + AsO 4
3 – (ac)
Na
(ac) + H 2 O ( l ) NR
AsO 4
3 – (ac) + H 2 O ( l ) HAsO 4
2 – (ac) + OH
Ci 0,1 – –
C – x + x + x
Ceq 0,1 – x x x
Kb1 = [AsO ]
[HAsO ][OH ] 3 – 4
2 – – 4 = a
w K
14
= 1,95 10
0 , 1 – x
x
2
Se verifica si: Mi Kb1 100 0,1 < 1,95 10
No se puede despreciar x en el denominador
x
2 = (0,1 – x) 1,95 10
x
2
pH = 14 – pOH = 14 – 1,885= 12,114 pH = 12,
Ejercicio Nº 25
Rta. : KT = 0,
H 3 PO 4 pKa1 = 2,16 pKa2 = 7,21 pKa3 = 12,
Ka1 = 6,92 10
H 2 CO 3 pKa1 = 6,35 pKa2 = 10,
Ka1 = 4,47 10
NaH 2 PO 4 (s)
H 2 O Na
(ac) + H 2 PO 4
(ac) + H 2 O ( l ) NR
NaHCO 3 (s)
H 2 O Na
(ac) + HCO 3
(ac) + H 2 O ( l ) NR
Reacción 1 : H 2 PO 4
2 – (ac) + H 2 CO 3 (ac)
2 – (ac) + H 3 O
(ac) Ka2 = 6,17 10
w
K
14
= 2,24 10
(ac) + OH
14
Si sumamos las ecuaciones químicas, obtenemos:
H 2 PO 4
2 – (ac) + H 2 CO 3 (ac) KT
KT = 6,17 10
14 = 0,
Reacción 2 : H 2 PO 4
2 – (ac)
w
K
14
= 1,45 10
2 – (ac) + H 3 O
(ac) Ka2 = 4,68 10
(ac) + OH
14
Si sumamos las ecuaciones químicas, obtenemos:
H 2 PO 4
2 – (ac) KT
KT = 1,45 10
14 = 6,79 10
Del análisis realizado se deduce que la reacción que se produce es la 1, la de mayor KT.
Ejercicio Nº 30
a) 10 cm
3 de NH 3 0,1 M con 10 cm
3 de HCl 0,1 M Rta.: pH = 5,28.
10 cm
3 de NH 3 0,1 M con 10 cm
3 de HCl 0,1 M
HCl ácido fuerte
HCl (ac) + H 2 O ( l ) Cl
(ac) Cl
NH 3 base débil
NH 3 (ac) + H 3 O
(ac) NH 4
(ac) + H 2 O ( l ) reacción de neutralización
10 cm
3 NH 3 0,1 M 1000 cm
3 solución 0,1 mol moléc. NH 3
10 cm
3 solución x = 1 10
10 cm
3 HCl(ac) 0,1 M
1000 cm
3 solución 0,1 mol moléc. HCl 10 cm
3 solución x = 1 10
1 10
NH 3 (ac) + H 3 O
(ac) NH 4
(ac) + H 2 O ( l )
ni 1 10
n – 1 10
nf 0 0 1 10
3
20 cm
3 solución 1 10
1000 cm
3 solución x = 0,05 mol ion NH 4
ion NH 4
pKa = 9,25 Ka = 5,62 10
(ac) + H 2 O ( l ) NH 3 (ac) + H 3 O
(ac)
Ci 0,05 – –
C – x + x + x Ceq 0,05 – x x x
Ka = [NH ]
4
3 3
= 5,62 10
0,05– x
x
2 = 5,62 10
Se verifica si: Mi Ka 100 0,05 5,62 10
Como se puede despreciar x en el denominador
x
2 = 5,62 10
10 ,
= 5,301 10
] = 5,301 10
] = 5,274 pH = 5,
d) 500 cm
3 de NaOH 0,1 M con 500 cm
3 de H 3 AsO 4 0,2 M Rta.: pH = 2,34.
500 cm
3 de NaOH 0,1 M con 500 cm
3 de H 3 AsO 4 0,2 M
NaOH base fuerte
NaOH (s)
H 2 O Na
(ac) + OH
(ac) + H 2 O ( l ) NR
H 3 AsO 4 ácido débil
H 3 AsO 4 (ac) + OH
reacción de neutralización
500,0 cm
3 NaOH 0,1 M
1000 cm
3 solución 0,1 mol f.u. NaOH
500 cm
3 solución x = 0,05 mol f.u. NaOH
0,05 mol ion OH
500 cm
3 de H 3 AsO 4 0,2 M
1000 cm
3 solución 0,2 mol moléc. H 3 AsO 4
500 cm
3 solución x = 0,1 mol moléc. H 3 AsO 4
50 cm
3 de NaHCO 3 0,1 M 1000 cm
3 solución 0,1 mol f.u. NaHCO 3
50 cm
3 solución x = 5 10
5 10
10,0 cm
3 NaOH 0,3% P/V
100 cm
3 solución 0,3 g NaOH
10 cm
3 solución x = 0,03 g NaOH
MMNaOH = 40 g/ mol f.u. 40 g NaOH 1 mol f.u. NaOH
0,03 g NaOH x = 7,5 10
7,5 10
2 – (ac) + H 2 O ( l )
ni 5 10
n – 7,5 10
nf 4,25 10
3
60 cm
3 solución 4,25 10
1000 cm
3 solución x = 0,0708 mol ion HCO 3
60 cm
3 solución 7,5 10
2 –
1000 cm
3 solución x = 0,0125 mol ion CO 3
2 – [CO 3
2 – ] = 0,0125 M
2 – 3
0 , 0125
= 5,664 buffer en CRU
H 2 CO 3 pKa1 = 6,35 pKa2 = 10,
Ka1 = 4,47 10
y Ka2 = 4,68 10
w
K
14
= 2,14 10
el equilibrio principal es:
2 – (ac) + H 2 O ( l ) HCO 3
Ci 0,0125 0,0708 –
C – x + x + x
Ceq 0,0125 – x 0,0708 + x x
Kb1 = [CO ]
2 – 3
(0,0708 x)x = 2,14 10
Si se desprecia x frente a 0,0125 y 0,0708 x = 3,778 10
100 0,302%
pH = 14 – pOH = 14 – 4,423 = 9,577 pH = 9,
Ejercicio Nº 35
a) HCl/NaCl se descarta por ser el HCl un ácido fuerte.
pH = pKa + log [HClO]
[ClO ]
7 = 7,40 + log [HClO]
[ClO ]
[HClO]
[ClO ]
[HClO]
[ClO]
[HClO]
[ClO]
= 0,
Del análisis realizado, se concluye que sólo el par conjugado HClO/NaClO puede usarse para mantener
un pH = 7. La relación [HClO]
[ClO ]
debe ser igual a 0,398 para lograr el pH deseado.
Ejercicio Nº 36
ácido propiónico 0,50 M, HP, Ka = 1,3 10
a) NaP (s)
H 2 O Na
(ac) + P
(ac) + H 2 O ( l ) NR [P
w
K
HP (ac) + H 2 O ( l ) P
(ac)
Ci 0,50 0,20 –
C – x + x + x
Ceq 0,50 – x 0,20 + x x
Ka = [HP]
0 , 50 – x
( 0 , 20 x) x = 1,3 10
] = 3,25 10
b) HCl (g) + H 2 O ( l ) Cl
P
(ac) HP (ac) + H 2 O ( l )
ni 0,20 0,10 0,
n – 0,10 – 0,10 + 0, nf 0,10 0 0,60 Vf = 1 dm
3
Ceq 0,25 – x 0,10 + x x
Ka = 0 , 25 – x
( 0 , 10 x) x = 1,3 10
Ejercicio Nº 40
Los pares conjugados ácido-base que se podrían tener con los reactivos dados:
HNO 2 /NO 2
NH 4
/NH 3 pKa = 9,
HAc/Ac
H 3 PO 4 /H 2 PO 4
H 2 PO 4
2 – pKa = 7,
HPO 4
2 – /PO 4
3 – pKa = 12,
El único para preparar el buffer de pH = 10 es NH 4
/NH 3 [H 3 O
] = 1 10
Ka = 5,62 10
w
K
5 el equilibrio principal es:
NH 3 (ac) + H 2 O ( l ) NH 4
(ac) + OH
ni nb na
n – x + x
nf nb – x na + x Vf = Vb + Vh = 750 cm
3
Kb = [NH]
3
4
= 1,78 10
f
b
f
a
n – x
(n x)x
Si se desprecia x frente a na y nb, simplificando Vf
b
a
n
n = – 4
5
= 0,178 na = nb 0,178 nNH 4
Existen varias opciones.
a) A partir de NH 3 0,8 M y NH 4 Cl (s)
Se toman 750 cm
3 de NH 3 0,8 M y se disuelve la cantidad de sal, de manera que:
nNH 4
750 cm
3 de NH 3 0,8 M
1000 cm
3 solución 0,8 mol moléc. NH 3
750 cm
3 solución x = 0,6 mol moléc. NH 3
nNH 4
4 Cl^
0,1068 mol f.u. NH 4 Cl x = 5,7138 g NH 4 Cl
Mezclar 750 cm
3 de NH 3 0,8 M con 5,7138 g de NH 4 Cl.
b) A partir de NH 3 0,8 M y HCl 0,75 M, por neutralización parcial de la base
HCl (ac) + H 2 O ( l ) Cl
NH 3 (ac) + H 3 O
(ac) NH 4
(ac) + H 2 O ( l )
ni nb h –
n – h – h + h
nf nb – h 0 h Vf = Vb + Vh = 750 cm
3
Vb + Vh = 750 = Vb + Va = 750 Vb = 750 – Va
h = na = nNH 4 +
nb – h = nb – na = nb – nNH 4
nNH 4
h = (nb – h) 0,178 = nb 0,178 – h 0,178 1,178 h = nb 0,
y como nb = 1000
Vb0, y h = 1000
Va0,
Va0, 1,178 = 1000
Vb0, 0,178 1000
Va0, 1,178 = 1000
(750 – Va)0, 0,178
Va 0,75 1,178 = (750 – Va) 0,8 0,178 Va 0,8835 = (750 – Va) 0,1424
Va 0,8835 = 106,8 – Va 0,1424
Va (0,8835 + 0,1424) = Va 1,0259 = 106,
Va = 1,
= 103,547104,1 Vb = 750 – Va = 750 – 104,1 = 645,
Mezclar 646,9 cm
3 de NH 3 0,8 M con 104,1 cm
3 de HCl 0,75 M
c) A partir de NH 3 0,8 M y NH 4 Cl 0,7 M
nNH 4
y como nNH 3
Vb0, y nNH 4
Va0, 1000
1000
Vb0, 0,
Va 0,7 = Vb 0,8 0,178 = Vb 0,
Vf = Vb + Vh = 750 cm
3 Vb + Vh = 750 = Vb + Va = 750 Vb = 750 – Va
Va 0,7 = Vb 0,1424 = (750 – Va) 0,1424= 106,8 – Va 0,
Va (0,7 + 0,1424) = Va 0,8424 = 106,8 Va = 0,
Vb = 750 – Va = 750 – 126,8 = 623,
Mezclar 623,2 cm
3 de NH 3 0,8 M con 126,8 cm
3 de NH 4 Cl 0,7 M
Ejercicio Nº 41
pH = – log [H 3 O
] = 5,1 [H 3 O
] = 7,9433 10
w K
14
- - = 5,70 10
HAc (ac) + H 2 O ( l ) Ac
(ac)
ni na nb
n – x + x nf na – x nb + x Vf = Vb + Vh = 200 mL