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T6: Equilibrios acido-base
Neutralización y pH
Problema
2021 · Ordinaria · Titular
C3
Examen

Se preparan 250 mL250 \text{ mL} de una disolución acuosa de HCl\ce{HCl} a partir de 2 mL2 \text{ mL} de una disolución de HCl\ce{HCl} comercial de densidad 1,38 g⋅ mL−11,38 \text{ g} \cdot \text{ mL}^{-1} y 33%33\% de riqueza en masa.

a) ¿Cuál es la molaridad y el pH de la disolución que se ha preparado?b) ¿Qué volumen de una disolución de Ca(OH)X2\ce{Ca(OH)2} 0,02 M0,02 \text{ M} es necesario añadir para neutralizar 100 mL100 \text{ mL} de la disolución que se ha preparado?

Datos: Masas atómicas relativas: Cl=35,5Cl = 35,5; H=1H = 1

Ácido-basepHNeutralización
a) ¿Cuál es la molaridad y el pH de la disolución que se ha preparado?

Primero se determina la masa molar del ácido clorhídrico:

Mm(HCl)=35,5+1=36,5 g⋅mol−1M_m(\ce{HCl}) = 35,5 + 1 = 36,5 \text{ g} \cdot \text{mol}^{-1}

A partir de la densidad y el volumen de la disolución comercial, se calcula la masa de disolución y la masa de HCl\ce{HCl} puro presente:

mdisolucioˊn=2 mL⋅1,38 g⋅mL−1=2,76 gm_{\text{disolución}} = 2 \text{ mL} \cdot 1,38 \text{ g} \cdot \text{mL}^{-1} = 2,76 \text{ g}
mpuro=2,76 g⋅33100=0,9108 gm_{\text{puro}} = 2,76 \text{ g} \cdot \frac{33}{100} = 0,9108 \text{ g}

Se calculan los moles de soluto y la molaridad resultante en el volumen final de 250 mL250 \text{ mL} (0,250 L0,250 \text{ L}):

n=0,9108 g36,5 g⋅mol−1=0,02495 moln = \frac{0,9108 \text{ g}}{36,5 \text{ g} \cdot \text{mol}^{-1}} = 0,02495 \text{ mol}
M=0,02495 mol0,250 L=0,0998 MM = \frac{0,02495 \text{ mol}}{0,250 \text{ L}} = 0,0998 \text{ M}

Puesto que el HCl\ce{HCl} es un ácido fuerte, se encuentra totalmente disociado en disolución acuosa según la ecuación:

HCl+HX2O→ClX−+HX3OX+\ce{HCl + H2O -> Cl- + H3O+}

En consecuencia, [HX3OX+]=[HCl]=0,0998 M[\ce{H3O+}] = [\ce{HCl}] = 0,0998 \text{ M}. El pH de la disolución es:

pH=−log⁡[HX3OX+]=−log⁡(0,0998)=1,00pH = -\log[\ce{H3O+}] = -\log(0,0998) = 1,00
b) ¿Qué volumen de una disolución de Ca(OH)X2\ce{Ca(OH)2} 0,02 M0,02 \text{ M} es necesario añadir para neutralizar 100 mL100 \text{ mL} de la disolución que se ha preparado?

La reacción de neutralización ajustada entre el ácido clorhídrico y el hidróxido de calcio es:

Ca(OH)X2+2 HCl→CaClX2+2 HX2O\ce{Ca(OH)2 + 2 HCl -> CaCl2 + 2 H2O}

Se calculan los moles de HCl\ce{HCl} contenidos en los 100 mL100 \text{ mL} (0,1 L0,1 \text{ L}) de muestra:

nHCl=0,1 L⋅0,0998 mol⋅L−1=0,00998 moln_{\ce{HCl}} = 0,1 \text{ L} \cdot 0,0998 \text{ mol} \cdot \text{L}^{-1} = 0,00998 \text{ mol}

De acuerdo con la estequiometría, se requieren la mitad de moles de Ca(OH)X2\ce{Ca(OH)2} que de HCl\ce{HCl} para la neutralización completa:

nCa(OH)X2=0,00998 mol HCl2=0,00499 moln_{\ce{Ca(OH)2}} = \frac{0,00998 \text{ mol HCl}}{2} = 0,00499 \text{ mol}

Se calcula el volumen de la disolución básica de concentración 0,02 M0,02 \text{ M} necesario para aportar dichos moles:

V=nM=0,00499 mol0,02 mol⋅L−1=0,2495 L=249,5 mLV = \frac{n}{M} = \frac{0,00499 \text{ mol}}{0,02 \text{ mol} \cdot \text{L}^{-1}} = 0,2495 \text{ L} = 249,5 \text{ mL}