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Disoluciones de bases débiles, pH
Problema
2025 · Ordinaria · Titular
2B
Examen

En la etiqueta de una botella de amoníaco que se usa para la limpieza doméstica se indica que tiene un 8%8 \% en masa de NHX3\ce{NH3} y que su densidad es 0,97 kg⋅L−10,97 \text{ kg} \cdot \text{L}^{-1}. Calcule:

a) La concentración, en mol⋅L−1\text{mol} \cdot \text{L}^{-1}, de la disolución de NHX3\ce{NH3} de la botella.b) El pH de la disolución de NHX3\ce{NH3} de la botella.c) El grado de ionización del amoníaco.

Dato: Kb(NHX3):1,78⋅10−5K_b(\ce{NH3}): 1,78 \cdot 10^{-5}.

pHBase débilConcentración
a) La concentración molar se obtiene a partir del porcentaje en masa y la densidad. En 1 L de disolución hay:
mdisol=0,97 kg⋅L−1×1 L=0,97 kg=970 gm_{\text{disol}} = 0{,}97 \text{ kg} \cdot \text{L}^{-1} \times 1 \text{ L} = 0{,}97 \text{ kg} = 970 \text{ g}
mNHX3=970 g×8100=77,6 gm_{\ce{NH3}} = 970 \text{ g} \times \frac{8}{100} = 77{,}6 \text{ g}

La masa molar del \ NHX3\ce{NH3} es M=14+3=17 g⋅mol−1M = 14 + 3 = 17 \text{ g} \cdot \text{mol}^{-1}, por tanto:

C=77,6 g17 g⋅mol−1×1 L=4,56 mol⋅L−1C = \frac{77{,}6 \text{ g}}{17 \text{ g} \cdot \text{mol}^{-1} \times 1 \text{ L}} = 4{,}56 \text{ mol} \cdot \text{L}^{-1}
b) El \ NHX3\ce{NH3} es una base débil que reacciona con el agua según:
NHX3+HX2O⇌NHX4X++OHX−\ce{NH3 + H2O <=> NH4+ + OH-}

Aplicamos la tabla ICE con concentración inicial C0=4,56 mol⋅L−1C_0 = 4{,}56 \text{ mol} \cdot \text{L}^{-1}:

NHX3NHX4X+OHX−Inicio4,5600Cambio−x+x+xEquilibrio4,56−xxx\begin{array}{|c|c|c|c|} \hline & \ce{NH3} & \ce{NH4+} & \ce{OH-} \\ \hline \text{Inicio} & 4{,}56 & 0 & 0 \\ \text{Cambio} & -x & +x & +x \\ \text{Equilibrio} & 4{,}56-x & x & x \\ \hline \end{array}
Kb=x24,56−x=1,78⋅10−5K_b = \frac{x^2}{4{,}56 - x} = 1{,}78 \cdot 10^{-5}

Dado que Kb≪C0K_b \ll C_0, se puede aplicar la aproximación 4,56−x≈4,564{,}56 - x \approx 4{,}56:

x2=1,78⋅10−5×4,56=8,117⋅10−5x^2 = 1{,}78 \cdot 10^{-5} \times 4{,}56 = 8{,}117 \cdot 10^{-5}
x=[OHX−]=8,117⋅10−5=9,01⋅10−3 mol⋅L−1x = [\ce{OH-}] = \sqrt{8{,}117 \cdot 10^{-5}} = 9{,}01 \cdot 10^{-3} \text{ mol} \cdot \text{L}^{-1}

Verificación: 9,01⋅10−34,56×100=0,20%\frac{9{,}01 \cdot 10^{-3}}{4{,}56} \times 100 = 0{,}20\% (la aproximación es válida). Se calcula el pOH y el pH:

pOH=−log⁡(9,01⋅10−3)=2,045\text{pOH} = -\log(9{,}01 \cdot 10^{-3}) = 2{,}045
pH=14−pOH=14−2,05=11,95\text{pH} = 14 - \text{pOH} = 14 - 2{,}05 = 11{,}95
c) El grado de ionización α\alpha es la fracción de \ NHX3\ce{NH3} que se ha ionizado:
α=xC0=9,01⋅10−34,56=1,98⋅10−3\alpha = \frac{x}{C_0} = \frac{9{,}01 \cdot 10^{-3}}{4{,}56} = 1{,}98 \cdot 10^{-3}

Expresado en porcentaje: α=0,198%≈0,20%\alpha = 0{,}198\% \approx 0{,}20\%. El bajo grado de ionización confirma que el \ NHX3\ce{NH3} es una base débil a esta concentración.