9.3: Aplicaciones de equilibrio (Ejercicios)

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Se trata de ejercicios de tarea para acompañar al Capítulo 9 del LibreTexto de la Universidad de Kentucky para CHE 103 - Química para la Salud Aliada. Las respuestas están debajo de las preguntas.

Preguntas

9.1: Resistencia a ácidos y bases

(haga clic aquí para obtener soluciones)

Q9.1.1

Describir la diferencia entre un ácido fuerte y un ácido débil.

Q9.1.2

Describir la diferencia entre una base fuerte y una base débil.

Q9.1.3

Identifique cada uno de los siguientes como un ácido fuerte, un ácido débil, una base fuerte o una base débil.

HCl
NaOH
KOH
HNO ₂
HNO ₃
HF
NH ₃
Ba (OH) ₂
CH ₃ CH ₂ COOH

Q9.1.4

Escribir una ecuación que represente el comportamiento de cada sustancia en la pregunta 3. Presta atención al tipo de flecha utilizada en la ecuación.

Q9.1.5

Se prepara una solución disolviendo 15.0 gramos de NaOH en agua suficiente para hacer 500.0 mL de solución. Calcular el pH de la solución.

Q9.1.6

Se prepara una solución disolviendo 22.0 gramos de HCl en agua suficiente para hacer 300.0 mL de solución. Calcular el pH de la solución.

9.2: Búferes

(haga clic aquí para obtener soluciones)

Q9.2.1

¿Qué es un buffer?

Q9.2.2

¿Cuál es el propósito de un búfer?

Q9.2.3

Determinar si cada uno de estos pares puede actuar o no como búfer.

HCl/Cl ⁻
HF/F ⁻
H ₂ SO ₄ /HSO ₄ ⁻
HSO ₄ ⁻ /SO ₄ ²⁻
H ₂ O/NaOH
HNO ₂ /KNO ₂
HCl/NaOH

Q9.2.4

Escribe la fórmula de la base conjugada necesaria para formar un tampón con cada uno de los siguientes ácidos débiles.

HClO ₃
H ₂ PO ₄ ⁻
CH ₃ COOH

Q9.2.5

Escribe la fórmula del ácido conjugado necesario para formar un tampón con cada una de las siguientes bases débiles.

NH ₃
CH ₃ NH ₂

Q9.2.6

Describir la capacidad del buffer.

RESPUESTAS

9.1: Resistencia a ácidos y bases

Q9.1.1

Un ácido fuerte se disocia completamente en iones y un ácido débil no se disocia completamente en iones.

Q9.1.2

Una base fuerte es un grupo base (metal con un -OH) que se disocia completamente en iones. Una base débil es un aceptor de protones, pero ninguna de las moléculas aceptará un protón.

Q9.1.3

Identifique cada uno de los siguientes como un ácido fuerte, un ácido débil, una base fuerte o una base débil.

El HCl es un ácido fuerte. Ver lista de 6 ácidos fuertes.
El NaOH es una base fuerte. Tiene un metal con un grupo -OH.
El KOH es una base fuerte. Tiene un metal y un grupo -OH.
El HNO ₂ es un ácido débil. La fórmula comienza con H pero no es agua así que es un ácido. Reconocer que es débil porque no está en la lista de 6 ácidos fuertes.
El HNO ₃ es un ácido fuerte. La fórmula comienza con H pero no es agua así que es un ácido. Consulte la lista de 6 ácidos fuertes.
El HF es un ácido débil. la fórmula comienza con H pero no es agua así que es un ácido. Reconocer que es débil porque no está en la lista de 6 ácidos fuertes.
NH ₃ es una base débil. Las aminas son bases débiles.
Ba (OH) ₂ es una base fuerte. Tiene un metal con un grupo -OH.
CH ₃ CH ₂ COOH es una base débil. Tiene un grupo funcional ácido carboxílico por lo que es un ácido. Los ácidos carboxílicos son todos débiles (además, no están en la lista de 6 ácidos fuertes).

Q9.1.4

Escribir una ecuación que represente el comportamiento de cada sustancia en la pregunta 3. Presta atención al tipo de flecha utilizada en la ecuación.

HCl (ac)\(\rightarrow\) H⁺(aq) + Cl^–(aq)
NaOH (ac)\(\rightarrow\) Na⁺(aq) + OH^–(aq)
KOH (aq)\(\rightarrow\) K⁺(aq) + OH^–(aq)
HNO ₂ (ac)\(\rightleftharpoons\) H⁺(aq) + NO₂^–(aq)
HNO ₃ (ac)\(\rightarrow\) H⁺(aq) + NO₃^–(aq)
HF (aq)\(\rightleftharpoons\) H⁺(aq) + F^–(aq)
NH ₃ (aq) + H ₂ O (l)\(\rightleftharpoons\) NH₄⁺(aq) + OH^–(aq)
Ba (OH) ₂ (aq)\(\rightarrow\) Ba²⁺(aq) + 2OH^–(aq)
CH ₃ CH ₂ COOH (aq)\(\rightleftharpoons\) H⁺(aq) + CH₃CH₂COO^–(aq)

Q9.1.5

El NaOH es una base fuerte y se disocia completamente (ver reacción). Ya que se disocia completamente, la concentración de NaOH es igual a la concentración de OH ^—. Necesitamos calcular la concentración de NaOH.

NaOH (ac)\(\rightarrow\) Na⁺(aq) + OH^–(aq)

\(15.0\;g\;\text{NaOH}\left(\frac{1\;mol}{40.00\;g}\right)=0.375\;mol\;\text{NaOH}\)

\(M=\frac{mol\;solute}{L\;soln}=\frac{0.375\;mol}{0.500\;L}=0.750\;M\;NaOH\)

[NaOH] = [OH ^—] = 0.750 M

Use [OH ^—] para encontrar PoH.

\(p\text{OH} = -log[\text{OH}^-]=-log[0.750]=0.125\)

Ahora, convierta de PoH a pH. Obsérvese que 14 es un número exacto en este contexto por lo que no afecta cifras significativas.

\(p\text{H}+p\text{OH}=14\)
\(p\text{H}=14-p\text{OH}\)
\(p\text{H}=14-0.125\)
\(p\text{H}=13.875\)

Q9.1.6

El HCl es un ácido fuerte y se disocia completamente (ver reacción). Dado que se disocia completamente, la concentración de HCl es igual a la concentración de H ⁺. Necesitamos calcular la concentración de HCl.

HCl (ac)\(\rightarrow\) H⁺(aq) + Cl^–(aq)

\(22.6\;g\;\text{HCl}\left(\frac{1\;mol}{36.46\;g}\right)=0.603\;mol\;\text{HCl}\)

\(M=\frac{mol\;solute}{L\;soln}=\frac{0.603\;mol}{0.300\;L}=2.01\;M\;HCl\)

[HCl] = [H ⁺] = 2.01 M

\(p\text{H} = -log[\text{H}^+]=-log[2.01]=0.303\)

9.2: Búferes

Q9.2.1

Un tampón es un ácido débil y su base conjugada (o una base débil y su ácido conjugado) que ayuda a mantener el pH de una solución.

Q9.2.2

El propósito de un tampón es resistir el cambio de pH en una solución.

Q9.2.3

HCl/Cl ⁻ no puede porque el HCl es un ácido fuerte.
HF/F ⁻ puede porque HF es un ácido débil y F ⁻ es su base conjugada. Se añadirá a la mezcla como una sal (compuesto iónico) de F ⁻ (es decir, NaF, KF, etc.)
H ₂ SO ₄ /HSO ₄ ⁻ no puede porque H ₂ SO ₄ es un ácido fuerte.
HSO ₄ ⁻ /SO ₄ ²⁻ puede porque HSO ₄ ⁻ es un ácido débil y SO ₄ ²⁻ es su base conjugada. Ambos compuestos se añadirán a la mezcla como sales (es decir NaHSO ₄ y Na ₂ SO ₄).
H ₂ O/NaOH no puede ser que el NaOH sea una base fuerte y el NaOH y H ₂ O no son un par ácido base conjugado.
HNO ₂ /KNO ₂ puede porque HNO ₂ es un ácido débil y KNO ₂ contiene su base conjugada. Tenga en cuenta que KNO ₂ es un electrolito fuerte por lo que se disocia en K ⁺ y NO ₂ ⁻. HNO ₂ y NO ₂ ⁻ forman un par ácido base conjugado.
El HCl/NaOH no puede porque el HCl es un ácido fuerte, el NaOH es una base fuerte y no forman un par ácido base conjugado.

Q9.2.4

Escribe la fórmula de la base conjugada necesaria para formar un tampón con cada uno de los siguientes ácidos débiles.

ClO ₃ ⁻ (o una sal como NaClO ₃)
HPO ₄ ²⁻ (o una sal como Na ₂ HPO ₄)
CH ₃ COO ⁻ (o una sal como CH ₃ COO Na)

Q9.2.5

Escribe la fórmula del ácido conjugado necesario para formar un tampón con cada uno de los siguientes ácidos débiles.

NH ₄ ⁺ (o una sal como NH ₄ Cl)
CH ₃ NH ₃ ⁺ (o una sal como CH ₃ NH ₃ Cl)

Q9.2.6

La capacidad tampón es la cantidad de ácido o base que se puede agregar a una solución tampón antes de que ya no pueda resistir cambios significativos en el pH de la solución. Agregar pequeñas cantidades de ácido o base cambiará el pH de un tampón en una pequeña cantidad y el tampón continúa siendo efectivo. Si se agregan mayores cantidades de ácido o base, se alcanza la capacidad de tampón y la solución ya no puede resistir cambios en el pH.