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T6: Equilibrios acido-base
pH de disoluciones
Teoría
2021 · Ordinaria · Titular
B5
Examen

Entre las disoluciones de las siguientes sustancias: NHX3\ce{NH3}, NaCl\ce{NaCl}, NaOH\ce{NaOH} y NHX4Cl\ce{NH4Cl}, todas ellas de igual concentración, justifique:

a) Cuál de ellas tendrá el pH más alto.b) Cuál de ellas tendrá una [OHX−]<10−7 M[\ce{OH-}] < 10^{-7} \text{ M}.c) En cuál de ellas [OHX−]=[HX3OX+][\ce{OH-}] = [\ce{H3O+}]
Ácido-basepH

Para justificar el pH de las disoluciones de las sustancias dadas, se debe analizar su comportamiento en agua:1. NHX3\ce{NH3} (Amoníaco): Es una base débil. Reacciona con el agua para producir iones hidróxido:

NHX3(aq)+HX2O(l)⇌NHX4X+(aq)+OHX−(aq)\ce{NH3(aq) + H2O(l) <=> NH4+(aq) + OH-(aq)}

Esto resulta en una disolución básica, por lo que su pH será mayor que 7.2. NaCl\ce{NaCl} (Cloruro de sodio): Es una sal formada por un ácido fuerte (HCl\ce{HCl}) y una base fuerte (NaOH\ce{NaOH}). Sus iones (NaX+\ce{Na+} y ClX−\ce{Cl-}) no hidrolizan en agua.

NaCl(s)+HX2O(l)→NaX+(aq)+ClX−(aq)\ce{NaCl(s) + H2O(l) -> Na+(aq) + Cl-(aq)}

Por lo tanto, la disolución es neutra y su pH es 7.3. NaOH\ce{NaOH} (Hidróxido de sodio): Es una base fuerte. Se disocia completamente en agua liberando iones hidróxido:

NaOH(s)+HX2O(l)→NaX+(aq)+OHX−(aq)\ce{NaOH(s) + H2O(l) -> Na+(aq) + OH-(aq)}

Esto resulta en una disolución fuertemente básica, por lo que su pH será mucho mayor que 7.4. NHX4Cl\ce{NH4Cl} (Cloruro de amonio): Es una sal formada por un ácido fuerte (HCl\ce{HCl}) y una base débil (NHX3\ce{NH3}). El ión ClX−\ce{Cl-} no hidroliza, pero el ión NHX4X+\ce{NH4+} (ácido conjugado de la base débil NHX3\ce{NH3}) sí hidroliza el agua:

NHX4X+(aq)+HX2O(l)⇌NHX3(aq)+HX3OX+(aq)\ce{NH4+(aq) + H2O(l) <=> NH3(aq) + H3O+(aq)}

Esto resulta en una disolución ácida, por lo que su pH será menor que 7.

a) Cuál de ellas tendrá el pH más alto.

La disolución de NaOH\ce{NaOH} tendrá el pH más alto. El NaOH\ce{NaOH} es una base fuerte que se disocia completamente, liberando una gran cantidad de iones OHX−\ce{OH-}. Las otras sustancias son una base débil (NHX3\ce{NH3}), una sal neutra (NaCl\ce{NaCl}) y una sal ácida (NHX4Cl\ce{NH4Cl}). Por lo tanto, NaOH\ce{NaOH} generará la mayor concentración de OHX−\ce{OH-} y, consecuentemente, el pH más alto.

b) Cuál de ellas tendrá una [OHX−]<10−7 M[\ce{OH-}] < 10^{-7} \text{ M}.

La disolución de NHX4Cl\ce{NH4Cl} tendrá una [OHX−]<10−7 M[\ce{OH-}] < 10^{-7} \text{ M}. Esta condición corresponde a una disolución ácida. El NHX4Cl\ce{NH4Cl} es una sal que hidroliza para producir HX3OX+\ce{H3O+} (NHX4X++HX2O⇌NHX3+HX3OX+\ce{NH4+ + H2O <=> NH3 + H3O+}), lo que hace que [HX3OX+]>10−7 M[\ce{H3O+}] > 10^{-7} \text{ M}. Dado que el producto iónico del agua Kw=[HX3OX+][OHX−]=10−14K_w = [\ce{H3O+}][\ce{OH-}] = 10^{-14}, si [HX3OX+]>10−7 M[\ce{H3O+}] > 10^{-7} \text{ M}, entonces [OHX−][\ce{OH-}] debe ser necesariamente menor que 10−7 M10^{-7} \text{ M}.

c) En cuál de ellas [OHX−]=[HX3OX+][\ce{OH-}] = [\ce{H3O+}].

La disolución de NaCl\ce{NaCl} tendrá [OHX−]=[HX3OX+][\ce{OH-}] = [\ce{H3O+}]. Esta condición corresponde a una disolución neutra. El NaCl\ce{NaCl} es una sal formada por un ácido fuerte y una base fuerte, por lo que sus iones no hidrolizan el agua. En consecuencia, no altera el equilibrio de autoionización del agua y las concentraciones de iones hidronio e hidróxido permanecen iguales a 10−7 M10^{-7} \text{ M}.