Hidrólisis de sales
El bicarbonato de sodio que hay en el botiquín es una sal, igual que la sal fina de la cocina. Sin embargo, una solución de bicarbonato es básica (por eso se usa como antiácido casero), mientras que la de sal de mesa es neutra. Las dos son sales y las dos se disocian en iones al disolverse. Lo que marca la diferencia es qué hacen esos iones con el agua.
Por qué una sal puede no ser neutra
Imaginá que en el laboratorio de la escuela medís con el pHmetro tres soluciones $0{,}1\,\text{M}$ de $\mathrm{NaCl}$, $\mathrm{NH_4Cl}$ y $\mathrm{CH_3COONa}$. Obtenés pH de $7{,}0$, $5{,}1$ y $8{,}9$. Ninguna de estas sales contiene $\mathrm{H^+}$ ni $\mathrm{OH^-}$ al principio, entonces ¿por qué dos de ellas modifican la acidez del agua?
Para clasificar una sal, preguntate de qué ácido y de qué base proviene cada ion:
| Ácido de origen | Base de origen | Ejemplo | Solución |
|---|---|---|---|
| fuerte | fuerte | $\mathrm{NaCl}$, $\mathrm{KNO_3}$ | neutra |
| débil | fuerte | $\mathrm{CH_3COONa}$, $\mathrm{KNO_2}$ | básica |
| fuerte | débil | $\mathrm{NH_4Cl}$, $\mathrm{NH_4NO_3}$ | ácida |
| débil | débil | $\mathrm{NH_4F}$ | depende de las constantes |
Se dispone en el laboratorio de dos matraces con soluciones acuosas de la misma concentración: una de cloruro de sodio, $\mathrm{NaCl}$, y otra de nitrito de potasio,…
Se dispone en el laboratorio de dos matraces con soluciones acuosas de la misma concentración: una de cloruro de sodio, $\mathrm{NaCl}$, y otra de nitrito de potasio, $\mathrm{KNO_2}$, a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$.
- a) Escribí las ecuaciones de disociación en agua de ambas sales e identificá los iones espectadores que no experimentan hidrólisis.
- b) Justificá el carácter ácido, básico o neutro de cada una de las dos soluciones resultantes sabiendo que $K_\mathrm{a}(\mathrm{HNO_2})=4{,}5\cdot 10^{-4}$ a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$. Considerá ideales las soluciones.
Hidrólisis de cationes: ácido fuerte y base débil
¿De dónde sale esa relación? Porque $\mathrm{NH_4^+}$ y $\mathrm{NH_3}$ son un par conjugado, y para todo par conjugado se cumple $K_\mathrm{a}\cdot K_\mathrm{b} = K_\mathrm{w}$. Cuanto más débil es la base, más fuerte es su ácido conjugado.
El nitrato de amonio, $\mathrm{NH_4NO_3}$, es un compuesto ampliamente empleado en disoluciones fertilizantes a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$. a) Formulá los procesos de…
El nitrato de amonio, $\mathrm{NH_4NO_3}$, es un compuesto ampliamente empleado en disoluciones fertilizantes a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$.
- a) Formulá los procesos de disociación e hidrólisis iónica en agua correspondientes a esta sal, indicando las especies que actúan como ácido o base de Brønsted-Lowry.
- b) Deducí razonadamente si el pH de la disolución acuosa resultante será menor, igual o mayor que $7$. Dato a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$: $K_\mathrm{b}(\mathrm{NH_3})=1{,}8\cdot 10^{-5}$. Considerá ideales las disoluciones.
Una disolución acuosa de cloruro de amonio, $\mathrm{NH_4Cl}$, de concentración $0{,}25\text{ M}$ se mantiene a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$. a) Planteá el equilibrio iónico…
Una disolución acuosa de cloruro de amonio, $\mathrm{NH_4Cl}$, de concentración $0{,}25\text{ M}$ se mantiene a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$.
- a) Planteá el equilibrio iónico de hidrólisis correspondiente y calculá el grado de hidrólisis ($\alpha_\mathrm{h}$) del ion amonio en esta disolución.
- b) Determiná la concentración de iones $\mathrm{H_3O^+}$ en el equilibrio y el valor del pH resultante.
Datos a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$: $K_\mathrm{b}(\mathrm{NH_3})=1{,}8\cdot 10^{-5}$; $K_\mathrm{w}=1{,}0\cdot 10^{-14}$. Considerá ideales las disoluciones.
Hidrólisis de aniones: base fuerte y ácido débil
Efecto de la dilución
Con la aproximación usada, el grado de hidrólisis es
$$\alpha_\mathrm{h} = \frac{x}{c_0} \approx \sqrt{\frac{K_\mathrm{h}}{c_0}}$$Si diluís, $c_0$ baja y $\alpha_\mathrm{h}$ aumenta: una fracción mayor de los iones reacciona, igual que pasa con un ácido débil (ley de Ostwald). Aun así, la concentración de $\mathrm{OH^-}$ (o de $\mathrm{H_3O^+}$) baja, y el pH se acerca a $7$.
Se prepara una solución acuosa disolviendo $4{,}10\text{ g}$ de acetato de sodio, $\mathrm{CH_3COONa}$, en agua destilada hasta alcanzar un volumen total de…
Se prepara una solución acuosa disolviendo $4{,}10\text{ g}$ de acetato de sodio, $\mathrm{CH_3COONa}$, en agua destilada hasta alcanzar un volumen total de $500\text{ mL}$ a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$.
- a) Escribí la ecuación del equilibrio químico de hidrólisis y determiná el valor de la constante de hidrólisis $K_\mathrm{h}$.
- b) Calculá la concentración molar de todas las especies presentes en el equilibrio ($\mathrm{Na^+}$, $\mathrm{CH_3COO^-}$, $\mathrm{CH_3COOH}$, $\mathrm{OH^-}$ y $\mathrm{H_3O^+}$) y determiná el pH final de la solución.
Datos a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$: Masas molares atómicas en $\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$: $\mathrm{C}=12{,}0$; $\mathrm{H}=1{,}0$; $\mathrm{O}=16{,}0$; $\mathrm{Na}=23{,}0$. $K_\mathrm{a}(\mathrm{CH_3COOH})=1{,}8\cdot 10^{-5}$; $K_\mathrm{w}=1{,}0\cdot 10^{-14}$. Considerá ideales las soluciones.
Se dispone de $250\text{ mL}$ de una disolución acuosa de cianuro de sodio, $\mathrm{NaCN}$, cuya concentración inicial es $0{,}40\text{ M}$ a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$.…
Se dispone de $250\text{ mL}$ de una disolución acuosa de cianuro de sodio, $\mathrm{NaCN}$, cuya concentración inicial es $0{,}40\text{ M}$ a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$. Posteriormente, esta disolución se diluye agregando agua destilada hasta alcanzar un volumen total de $2{,}50\text{ L}$.
- a) Calculá el pH y el grado de hidrólisis ($\alpha_\mathrm{h1}$) del anión cianuro en la disolución concentrada original.
- b) Calculá el pH y el nuevo grado de hidrólisis ($\alpha_\mathrm{h2}$) en la disolución tras la dilución, y justificá razonadamente el efecto que produce la dilución sobre el grado de hidrólisis basándote en el principio de Le Chatelier.
Datos a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$: $K_\mathrm{a}(\mathrm{HCN})=4{,}9\cdot 10^{-10}$; $K_\mathrm{w}=1{,}0\cdot 10^{-14}$. Considerá ideales las disoluciones.
Se titulan $50{,}0\text{ mL}$ de una disolución de ácido benzoico ($\mathrm{C_6H_5COOH}$) $0{,}0120\text{ M}$ con una disolución de hidróxido de sodio ($\mathrm{NaOH}$)…
Se titulan $50{,}0\text{ mL}$ de una disolución de ácido benzoico ($\mathrm{C_6H_5COOH}$) $0{,}0120\text{ M}$ con una disolución de hidróxido de sodio ($\mathrm{NaOH}$) $0{,}0080\text{ M}$ a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$ hasta alcanzar exactamente el punto de equivalencia estequiométrico.
- a) Calculá el volumen de valorante necesario para alcanzar la equivalencia y el pH de la disolución resultante en dicho punto.
- b) Si a la disolución resultante en el punto de equivalencia se le agrega agua destilada hasta duplicar su volumen total, calculá el nuevo pH y demostrá cuantitativamente la variación experimentada en el porcentaje de ion benzoato hidrolizado.
Datos a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$: $K_\mathrm{a}(\mathrm{C_6H_5COOH})=6{,}3\cdot 10^{-5}$; $K_\mathrm{w}=1{,}0\cdot 10^{-14}$. Considerá ideales las disoluciones.
Sales en una titulación
Cuando titulás un ácido débil con una base fuerte (como en el último ejercicio), en el punto de equivalencia solo queda la sal del ácido débil, disuelta en todo el volumen final. Entonces el pH de equivalencia es mayor que 7. Para calcularlo, hallá la concentración de la sal con el volumen total (inicial más agregado) y aplicá la hidrólisis del anión. Por eso el indicador debe elegirse según ese pH y no según $7$.
Sales de ácido débil y base débil
Una solución de acetato de amonio tiene pH cercano a $7$, mientras que una de fluoruro de amonio es algo ácida. Si tanto el catión como el anión pueden reaccionar con el agua, ¿qué decide el carácter final?
Cuánto vale el pH
Cuando las dos hidrólisis son pequeñas y de grado parecido, se obtiene la expresión aproximada
$$[\mathrm{H_3O^+}] = \sqrt{\frac{K_\mathrm{a}\cdot K_\mathrm{w}}{K_\mathrm{b}}}$$donde $K_\mathrm{a}$ es la del ácido débil de origen del anión y $K_\mathrm{b}$ la de la base débil de origen del catión. Fijate que no depende de la concentración de la sal. Se deduce igualando $[\mathrm{NH_3}]\approx[\mathrm{HA}]$ en las condiciones de equilibrio, y es lo que te piden en el último ejercicio de la página.
Se prepara una disolución acuosa de fluoruro de amonio, $\mathrm{NH_4F}$, a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$. Considerá los siguientes datos de constantes de equilibrio a dicha…
Se prepara una disolución acuosa de fluoruro de amonio, $\mathrm{NH_4F}$, a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$. Considerá los siguientes datos de constantes de equilibrio a dicha temperatura: $K_\mathrm{a}(\mathrm{HF})=6{,}6\cdot 10^{-4}$, $K_\mathrm{b}(\mathrm{NH_3})=1{,}8\cdot 10^{-5}$ y $K_\mathrm{w}=1{,}0\cdot 10^{-14}$.
- a) Escribí las reacciones iónicas que tienen lugar al interactuar ambos iones procedentes de la sal con el agua.
- b) Compará cuantitativamente las constantes de los equilibrios de hidrólisis de los iones presentes y determiná si la disolución resultante tiene carácter ácido, básico o neutro. Considerá ideales las disoluciones.
En el laboratorio de química general se han etiquetado cuatro vasos de precipitados numerados del 1 al 4, conteniendo cada uno una disolución acuosa $0{,}10\text{ M}$ a…
En el laboratorio de química general se han etiquetado cuatro vasos de precipitados numerados del 1 al 4, conteniendo cada uno una disolución acuosa $0{,}10\text{ M}$ a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$ de las siguientes sustancias: $\mathrm{NaCl}$, $\mathrm{CH_3COONa}$, $\mathrm{NH_4Cl}$ y $\mathrm{KNO_3}$. El esquema del conjunto experimental se muestra a continuación:
- a) Clasificá cada una de las cuatro sales indicando la naturaleza fuerte o débil del ácido y la base de los que procede, y señalá cuáles experimentan hidrólisis.
- b) Sabiendo que $K_\mathrm{a}(\mathrm{CH_3COOH})=1{,}8\cdot 10^{-5}$, $K_\mathrm{b}(\mathrm{NH_3})=1{,}8\cdot 10^{-5}$ y $K_\mathrm{w}=1{,}0\cdot 10^{-14}$ a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$, ordená las cuatro disoluciones de menor a mayor valor de pH justificando la respuesta. Considerá ideales las disoluciones.
Se disuelven $0{,}10\text{ moles}$ de formiato de amonio, $\mathrm{HCOONH_4}$, en agua destilada hasta un volumen de $1{,}0\text{ L}$ a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$. Tanto…
Se disuelven $0{,}10\text{ moles}$ de formiato de amonio, $\mathrm{HCOONH_4}$, en agua destilada hasta un volumen de $1{,}0\text{ L}$ a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$. Tanto el catión amonio como el anión formiato sufren hidrólisis en solución acuosa.
- a) Escribí los equilibrios individuales de hidrólisis de ambos iones junto con el equilibrio global que se establece y deducí, a partir de las expresiones de las constantes, la ecuación que relaciona $[\mathrm{H_3O^+}]$ exclusivamente con $K_\mathrm{a}$, $K_\mathrm{b}$ y $K_\mathrm{w}$, asumiendo que los grados de hidrólisis de catión y anión son prácticamente iguales.
- b) Calculá el pH de la solución y determiná la concentración molar de las especies $\mathrm{NH_3}$ y $\mathrm{HCOOH}$ en el equilibrio.
Datos a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$: $K_\mathrm{a}(\mathrm{HCOOH})=1{,}8\cdot 10^{-4}$; $K_\mathrm{b}(\mathrm{NH_3})=1{,}8\cdot 10^{-5}$; $K_\mathrm{w}=1{,}0\cdot 10^{-14}$. Considerá ideales las soluciones.
Volvé al principio: el bicarbonato de sodio ($\mathrm{NaHCO_3}$) libera $\mathrm{Na^+}$, que es espectador, y $\mathrm{HCO_3^-}$. Este anión se hidroliza ($\mathrm{HCO_3^- + H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3 + OH^-}$, con $K_\mathrm{b} = K_\mathrm{w}/K_\mathrm{a1} \approx 2{,}3\cdot 10^{-8}$) mucho más de lo que se disocia como ácido ($K_\mathrm{a2} = 4{,}8\cdot 10^{-11}$). Por eso la solución es básica, con pH cercano a $8{,}3$.