Autoprotólisis del agua

*En realidad H2O + H2O H3O+ + OH-

wK

OHKOH

OHHK 2

2

-

T Kw

0 oC 0.05x10-14

25 1.0x10-14

37 3.8x10-14

El valor de Kw depende de la temperatura

pH, pOH y pKw

pX= -logX

pOH = -log[OH-] pKw = -log(Kw)

A 25 oC: pKw = -log(1.0x10-14) pKw = 14.0

pKw = -log([H+] [OH-])

= -log[H+] -log[OH-]

pKw = pH + pOH = 14.0 at 25 oC

Así, se puede definir pH, pOH, pK

pH = -log[H+]

Agua pura[H+] = [OH-]

A 25 oC: Kw = 1.0x10-14 = [H+][OH-] = [H+]2

[H+] = [OH-] = 1x10-7 M

[pH] = [pOH] = 7.0

A 37 oC: Kw = 3.8x10-14

pKw = -log(3.8x10-14) = 13.4

pH = pOH = 6.7

Agua pura: [H3O+] = [OH] ; [H3O+] = 10-7 pH = 7

[OH] = 10-7 pOH = 7

DISOLUCIÓNNEUTRA

[H3O+] = [OH]pH = 7

DISOLUCIÓNÁCIDA

[H3O+] > [OH]pH < 7

DISOLUCIÓNBÁSICA

[H3O+] < [OH]pH > 7

pH

7ácida básica

Tratamiento cuantitativo de sistemas de ácidos y bases

1. Ácidos y bases fuertes: 100% ionizados

HCl ejemplo de ácido fuerte

Disuelto en agua, la solución resultante contiene iones Cl-, H+, OH-

[H+] = Ca

HA(aq) + H2O (l) H3O+ (aq) + A (aq)

Ca Ca Ca

Ca: Concentración del acido (Ka >> 1)

ACIDOS FUERTES Ka 1

FORMULA NOMBRE

HCl Acido clorhídrico

HBr Acido bromhídrico

HI Acido yodhídrico

HNO3 Acido nítrico

HClO4 Acido percl—rico

HClO3 Acido cl—rico

H2SO4 » Acido sulfœrico

NaOH(aq) OH- (aq) + Na+ (aq)

Bases fuertes:

[H+] = Cb

Cb Cb Cb

Cb: Concentración de la base (Kb >> 1)

Acidos y bases débiles

HA H+ + A-

][

]][[

HA

AHKa

1. Ácidos y bases débiles: No están 100% ionizados

HAc ejemplo de ácido débil

Disuelto en agua, la solución resultante contiene Hac y iones Ac-, H+, OH-

HAc H+ + Ac-

H+Ac-

HAc

Acido Fórmula Ka pKa

Salicílico CSalicílico C66HH55(OH) CO(OH) CO22HH 1.06x101.06x10-3-3 2,97 2,97

Láctico CHLáctico CH33CH(OH)COCH(OH)CO22H H 8.4x108.4x10-4-4 3.08 3.08

Acético CHAcético CH33COCO22H H 1.8x101.8x10-5-5 4.75 4.75

Cianídrico HCN Cianídrico HCN 4.9x104.9x10-10-10 9.31 9.31

ALGUNOS ACIDOS DEBILES, SUS CONTANTES DE DISOCIACION Y pKa a 25ºC

PKa = -Log Ka

ACIDOS Y BASES DEBILES

HA(aq) + H2O (l) H3O+ (aq) + A (aq)

Constante de acidez(de disociación, de ionización)

Análogamente con las bases:

B (aq) + H2O (l) BH+ (aq) + OH (aq)

Constante de basicidad

Para un ácido

Ka <<< 1

Kb <<< 1

¿Cuál es el pH de una disolución de HF 0.50M(a 250º C)? HF (aq) H+(aq) + F- (aq) Ka= [H+][F-] = 7.1 x 10-4

[HF]

HF (aq) H+(aq) + F- (aq)

Inicial (M) 0.50 0.00 0.00

Cambio (M) −x +x +x

Equilibrio (M) 0.50 −x x x

Ka= x2 = 7.1 x 10-4 0.50 -x

Limite de aproximación:

1) Si Ca >> 500 Ka aplica aproximación

1) Aproximación

X = Ka Ca

X = 0.019 M

X = Ka Ca

X = 7.1 x 10-4 * 0.5

[H+] = [F-] = 0.019 M pH = -log [H+] = 1.72 [HF] = 0.50 –x= 0.48

Limite de aproximación:

Si % disociación < 5 % aplica aproximación

aC

HnDisociació

][%

X 100 %

% Disociación = 0.019 M x 100 % = 3.8 % 0.5 M

Relación entre KRelación entre Kaa y K y Kbb

Acido: HA H+ + A-

Base conjugada: A- + H2O HA + OH-

]A[

]OH][HA[Kb

]HA[

]A][H[Ka

][A][HA][OH

[HA]]][A[H

KK ba = [H+][OH-] = Kw

KaKb = Kwlog(KaKb) = log(Ka) + log(Kb) = log(Kw)

-log(Ka) + -log(Kb) = -log(Kw) pKa + pKb = pKw = 14.0

][

]][[

B

OHBHKb

Acido conjugado: BH+ H+ + B

Base: B + H2O BH+ + OH-

]BH[

]B][H[Ka

KaKb = Kw pKa + pKb = pKw = 14.0y

Acido Fórmula Ka pKa

Iódico HIO3 1.7x10-1 0.77

Láctico CH3CH(OH)CO2H 8.4x10-4 3.08

Acético CH3CO2H 1.8x10-5 4.75

Hidrociánico HCN 4.9x10-10 9.31

Relaciones anteriores demuestran que un ácido fuerte tiene unabase conjugada débil, y un ácido débil una base conjugada fuerte

Kb pKb

5.9x10-14 13.23

1.2x10-11 10.92

5.6x10-10 9.25

2.0x10-5 4.69

1.- Calcule el pH de cada una de las siguientes soluciones:

a) solución de CH3COOH 0,2 M. Ka = 1.78 x 10 -5

b) solución formada 10,0 mL de HBr 0,010 M Ka >>1c) solución de HOCN 0.3 M pKa =3.46d) Solución de NaOH 0.02 M Kb >> 1

2.- Cuantos gramos de ácido acético se necesitan para preparar 250 ml de solución de pH = 4. datos: pKa = 4.74.

2.- Se disuelven 3,5 g de NaOH en 247.5 ml de agua, obteniendo la solución A. Si posteriormente se sacan 15 mL de la solución A y se llevan a un matraz de aforo de 500 mL, se obtiene la solución B. Finalmente, se toman 15 mL de la solución A y 20 mL de la solución B y se llevan a un volumen final de 250 mL se obtiene la solución C. Calcule:a) % P/V de la solución Ab) pH de la solución Bc) pH y % P/P de la solución CDatos:Kb NaOH >>1; d NaOH: 1,4 g/mL MM NaOH: 40 g/molTrabaje como máximo con 3 cifras significativas.

3.- El ácido nítrico y el ácido benzoico son componentes de varios alimentos.

Si se tiene una solución A de 200 ml de ácido nítrico de pH 1,5 y b) una solución B que contiene 5 g de ácido benzoico disueltos en 100 ml de solución.

Determine:1.- La cantidad de g de ácido nítrico en la solución

A.2.- El pH final de la solución B y el porcentaje de

disociación.3.- El pH final cuando se mezclan 5 ml de la

solución A con 5 mL de la solución B.Datos: Ka ac. Benzoico: 6,4 X 10-5 Ka HNO3: >>1 MM ac. Benzoico: 122 g/mol MM HNO3: 63 g/molTrabaje como máximo con 3 cifras significativas.

5. Para las siguientes mezclas calcule el pH, planteé las ecuaciones químicas respectivas:

a) La mezcla de 400 ml de HCl 0,25 M con 200 ml HCl 0,15 M

b) La mezcla de 50 ml de NaOH 0,25 M con 15 ml de NaOH 0,15 M.

Sales en agua: Hidrólisis

Agua pura: H2O H+ + OH- pH = 7

Cloruro de potasio: KCl(aq) K+(aq) + Cl-(aq) pH = 7

Nitrato de sodio: NaNO3(aq) Na+(aq) + NO3-(aq) pH = 7

Acetato de sodio: NaAc(aq) Na+(aq) + Ac-(aq)

Cloruro de amonio: NH4Cl(aq) NH4+(aq) + Cl-(aq)

pH > 7Básico

pH < 7Acido

Cloruro de potasio: KCl(aq) K+(aq) + Cl-(aq)

KCl

K+

K+

Cl-

Cl-

pH = 7

KOH base infinitamente fuerte: KOH K+ + OH- 100%

Su ácido conjugado es infinitamente débil: K+ + H2O KOH + H+ 0%

HCl es un ácido infinitamente fuerte: HCl H+ + Cl- 100%

Su base conjugada es infinitamente débil:

Cl- + H2O HCl + OH- 0%

NaNO3

Na+

Na+

NO3-

NO3-

pH = 7

NaOH base infinitamente fuerte: NaOH Na+ + OH- 100%

Acido conjugado infinitamente débil:

Na+ + H2O NaOH + H+ 0%

HNO3 ácido infinitamente fuerte: HNO3 H+ + NO3- 100%

Base conjugada infinitamente débil:

NO3- + H2O HNO3 + OH- 0%

Nitrato de sodio: NaNO3(aq) Na+(aq) + NO3-(aq)

NaAc

Na+

Na+

Ac-

Ac-

NaOH base infinitamente fuerte: NaOH Na+ + OH- 100%

Acido conjugado infinitamente débil: Na+ + H2O NaOH + H+ 0%

HAc ácido débil: HAc H+ + Ac- <<100%

Báse conjugada se hidrolizará:

Ac- + H2O HAc + OH- >0%

Acetato de sodio: NaAc(aq) Na+(aq) + Ac-(aq)

HAc

HAc

OH-

OH-

pH > 7Basico

Hidrólisis de Ac-

NH4Cl

NH4+

NH4+

Cl-Cl-

HCl ácido infinitamente fuerte: HCl H+ + Cl- 100%

Base conjugada infinitamente débil:

Cl- + H2O HCl + OH- 0%

Cloruro de amonio: NH4Cl(aq) NH4+(aq) + Cl-(aq)

Hidrólisis de NH4+

pH < 7Acido

NH3 base débil: NH3 + H2O H+ + Ac- <<100%

Acido conjugado se hidrolizará:

NH4+ H+ + NH3 >0%

NH3

NH3H+

H+

NH4AcNH4+

NH4+

Ac-

Ac-

HAc ácido débil: HAc H+ + Ac- <<100%

Base conjugada se hidrolizará: Ac- + H2O HAc + OH- >0%

Acetato de amonio: NH4Ac(aq) NH4+(aq) + Ac-(aq)

NH3 base débil: NH3 + H2O H+ + Ac- <<100%

Acido conjugado se hidrolizará: NH4+ H+ + NH3 >0%

NH3

NH3H+

H+

HAc HAc

OH-

OH- Cálculo de pH requiere solu-ción de ambos equilibrios

16.- La concentración de Na+ en una solución de NaCN de pH 11.6 es:Ka HCN = 4,9 x 10 -10 Kb NaOH >1a) 0.78 Mb) 1.23 x10 –7 Mc) 0.65 Md) 2.65 x10 5 Me) Ninguna de las anteriores

12.- Si usted dispone de cuatro sales, LiC7H5O2, (C

2H5NH3)Cl, NaNO3 y NH4Cl. Cual de estas sales podría utilizar para generar un pOH = 2,2:a) LiC7H5O2b) (C 2H5NH3)Clc) NaNO3

d) H2NNH3ClO4

a) solo I b) solo II c) solo III d) II y IV e) ninguna de las anteriores

3.-Se tienen las siguientes soluciones:a) 250 ml una solución A formada por 4, 6 g de HCN. b) 4,5 g de NaCN disueltos en 500 ml de solución B c) 300 ml de solución C de NaOH 0,3 Md) 65 g de NH3 disueltos en 250 ml de solución DCalcule:1) el pH de la solución A y solución D2) el pH de la mezcla de las soluciones A y B3) el pH que resulta de agregar la solución C a la mezcla anterior (punto 2) 4) el pH de la mezcla de las soluciones C y D.Kb NaOH >>1 Ka HCN: 4,5 x 10 -6, Kb NH3: 1.78 x10-5 MA Na: 23 g/mol; MA C: 12 g/mol MA N:14 g/mol