Actividad competencial · Equilibrios \text{ácido-base}, estequiometría y formulación — QUIMICA PEvAU Andaluc%252525C3%252525ADa 2026

Equilibrios \text{ácido-base}, estequiometría y formulación

Competencial

2026 · Ordinaria · Suplente

MANTENER LIMPIA LA PISCINA: MUCHO \text{MÁS} QUE CLORO

Los desinfectantes \text{más} comunes de piscinas \text{están} elaborados con compuestos de cloro, que en agua se convierten en $\ce{HClO}$ , cuya capacidad para eliminar bacterias, virus y otros patógenos depende del pH. El $\ce{HClO}$ es un \text{ácido} \text{débil} ( $\text{K}_\text{a}= 3 \cdot 10^{-8}$ a $25 \text{ } ^\circ \text{C}$ ) que en disolución acuosa se encuentra en equilibrio con su base conjugada, con un poder desinfectante mucho menor. Para que la desinfección sea \text{óptima}, la \text{relación} entre la concentración de la base conjugada y la del \text{ácido} debe ser $1/3$ . Teniendo en cuenta el equilibrio de disociación de este \text{ácido}, se puede determinar el valor exacto de pH al que ha de mantenerse el agua para que el poder desinfectante sea \text{máximo}.En una piscina comunitaria, el encargado de su mantenimiento detectó que el pH del agua estaba disminuyendo. Para corregirlo, \text{añadió} una cantidad excesiva de un compuesto alcalino, probablemente \text{carbonato} de sodio o \text{hidróxido} de potasio. La consecuencia fue inmediata y desastrosa: en las siguientes horas el agua comenzó a mostrar turbidez debido a la aparición de algas.Se \text{analizó} una muestra del agua de la piscina y, a \text{través} de una \text{valoración} \text{ácido-base} con $\ce{HCl}$ , se comprobó que el valor del pH era $9$ . Para rectificarlo, el encargado \text{añadió} un reductor de pH en pastillas. De la ficha \text{técnica} del producto comercial se obtuvo la \text{gráfica} que se muestra en la imagen, adaptada al volumen de la piscina, en la que se representa la variación del pH tras la \text{adición} sucesiva de pastillas.

a) Nombre o formule según corresponda: los dos \text{ácidos} y los dos compuestos alcalinos que se mencionan en el texto.b) Calcule el valor \text{óptimo} de pH del agua para que el

\ce{HClO}

tenga su \text{máxima} capacidad desinfectante.c) A la vista de la \text{gráfica}, indique el \text{número} de pastillas del reductor del pH que es necesario \text{añadir} a la piscina con objeto de corregir el pH hasta el valor \text{óptimo}.d) Para llevar a cabo la \text{valoración} \text{ácido-base} se \text{preparó} una disolución de

\ce{HCl}

0,1 \text{ M}

. Indique el volumen de

\ce{HCl}

comercial del

37\%

de riqueza en masa y densidad

1,18 \text{ g} \cdot \text{mL}^{-1}

necesario para \text{preparar}

50 \text{ mL}

de la disolución diluida.

Datos: Masas \text{atómicas} relativas: $\ce{Cl}= 35,5$ ; $\ce{H}= 1$

equilibrio \text{ácido-base}estequiometríaformulación inorgánica

a) Ácidos:

Ácido hipocloroso: $\ce{HClO}$ Ácido clorhídrico: $\ce{HCl}$ Compuestos alcalinos:Carbonato de sodio: $\ce{Na2CO3}$ Hidróxido de potasio: $\ce{KOH}$

b) La disociación del ácido hipocloroso en disolución acuosa es:

\ce{HClO (aq) <=> H+ (aq) + ClO- (aq)}

La expresión de la constante de acidez $K_a$ para este equilibrio es:

K_a = \frac{[\ce{H+}][\ce{ClO-}]}{[\ce{HClO}]}

Para que la desinfección sea óptima, la relación entre la concentración de la base conjugada ( $\ce{ClO-}$ ) y la del ácido ( $\ce{HClO}$ ) debe ser $1/3$ : $\frac{[\ce{ClO-}]}{[\ce{HClO}]} = \frac{1}{3}$ . Se proporciona el valor de la constante de acidez, $K_a = 3 \cdot 10^{-8}$ .Sustituyendo estos valores en la expresión de $K_a$ :

3 \cdot 10^{-8} = [\ce{H+}] \cdot \frac{1}{3}

Despejando la concentración de iones $\ce{H+}$ :

[\ce{H+}] = 3 \cdot 10^{-8} \cdot 3 = 9 \cdot 10^{-8} \text{ M}

El pH se calcula a partir de la concentración de iones $\ce{H+}$ :

\text{pH} = -\log[\ce{H+}] = -\log(9 \cdot 10^{-8}) \approx 7.05

El valor óptimo de pH del agua para la máxima capacidad desinfectante del $\ce{HClO}$ es $7.05$ .

c) El pH inicial del agua de la piscina es

9

, según se indica en el enunciado. El pH óptimo calculado en el apartado b) es

7.05

Analizando la gráfica, que representa la variación del pH en función del número de pastillas añadidas:

El valor de pH más cercano al pH óptimo de $7.05$ en la gráfica es $7.0$ , que se consigue añadiendo 4 pastillas de reductor de pH.Por tanto, es necesario añadir 4 pastillas del reductor de pH para corregir el pH hasta el valor óptimo.

d) Para preparar

50 \text{ mL}

(

0.050 \text{ L}

) de una disolución de

\ce{HCl}

0.1 \text{ M}

, la cantidad de moles de

\ce{HCl}

requerida es:

n_{\ce{HCl}} = C_{\text{diluida}} \cdot V_{\text{diluida}} = 0.1 \text{ mol} \cdot \text{L}^{-1} \cdot 0.050 \text{ L} = 0.005 \text{ mol}

A continuación, se calcula la molaridad de la disolución comercial de $\ce{HCl}$ . La masa molar del $\ce{HCl}$ es $1.0 \text{ g} \cdot \text{mol}^{-1} + 35.5 \text{ g} \cdot \text{mol}^{-1} = 36.5 \text{ g} \cdot \text{mol}^{-1}$ .Se considera $100 \text{ g}$ de disolución comercial para determinar la concentración molar:

\text{Masa de HCl puro} = 100 \text{ g disolución} \cdot \frac{37 \text{ g HCl}}{100 \text{ g disolución}} = 37 \text{ g HCl}

\text{Moles de HCl puro} = \frac{37 \text{ g}}{36.5 \text{ g} \cdot \text{mol}^{-1}} = 1.0137 \text{ mol}

\text{Volumen de disolución comercial} = \frac{100 \text{ g}}{1.18 \text{ g} \cdot \text{mL}^{-1}} = 84.746 \text{ mL} = 0.084746 \text{ L}

La molaridad de la disolución comercial de $\ce{HCl}$ ( $C_{\text{comercial}}$ ) es:

C_{\text{comercial}} = \frac{1.0137 \text{ mol}}{0.084746 \text{ L}} = 11.96 \text{ M}

Finalmente, se utiliza la ecuación de dilución $C_{\text{diluida}}V_{\text{diluida}} = C_{\text{comercial}}V_{\text{comercial}}$ para calcular el volumen de $\ce{HCl}$ comercial ( $V_{\text{comercial}}$ ) necesario:

V_{\text{comercial}} = \frac{C_{\text{diluida}}V_{\text{diluida}}}{C_{\text{comercial}}} = \frac{0.1 \text{ M} \cdot 0.050 \text{ L}}{11.96 \text{ M}} = 0.000418 \text{ L}

V_{\text{comercial}} = 0.418 \text{ mL}

Se necesitan $0.418 \text{ mL}$ de $\ce{HCl}$ comercial para preparar la disolución diluida.