Exercicis: Reaccions de neutralització

Completa l'esquema general d'una reacció de neutralització amb les paraules que falten: «Un $\dots$ reacciona amb una $\dots$ i es formen una $\dots$ i $\dots$». Posa després un exemple amb la reacció entre l'àcid clorhídric i l'hidròxid de sodi.

Al laboratori es barreja àcid clorhídric ($HCl$) amb hidròxid de sodi ($NaOH$) i es forma clorur de sodi ($NaCl$), la sal comuna, i aigua. Escriu l'equació de la reacció i comprova comptant àtoms que està igualada.

Classifica cadascuna d'aquestes substàncies com a àcid, base o sal:

1. a) $HNO_3$ (àcid nítric)
2. b) $KOH$ (hidròxid de potassi)
3. c) $NaCl$ (clorur de sodi)
4. d) $H_2SO_4$ (àcid sulfúric)
5. e) $Ca(OH)_2$ (hidròxid de calci)

El pH mesura com és d'àcida o bàsica una dissolució. Aquestes són les posicions de les quatre dissolucions en l'escala de pH:

Indica si cadascuna d'aquestes dissolucions és àcida, neutra o bàsica:

1. a) suc de llimona, $pH = 2,5$
2. b) aigua pura, $pH = 7$
3. c) sabó de mans, $pH = 10$
4. d) tomàquet triturat, $pH = 4,5$

Tenim un got amb vinagre diluït de $pH = 3$ i hi afegim a poc a poc una dissolució de bicarbonat de sodi, que és una base.

1. a) El pH del got puja o baixa en afegir el bicarbonat?
2. b) Si afegim just la quantitat que neutralitza tot l'àcid, al voltant de quin valor quedarà el pH?

Raona les respostes.

El suc gàstric de l'estómac conté àcid clorhídric. Quan hi ha cremor, els antiàcids de la farmàcia, que contenen bases com l'hidròxid de magnesi, l'alleugen. Explica, utilitzant l'esquema de la neutralització, com actua un antiàcid a l'estómac.

El paper de tornassol es posa vermell en medi àcid i blau en medi bàsic.

1. a) De quin color es posarà en una dissolució de $HCl$?
2. b) I en una dissolució de $NaOH$?
3. c) Barregem les dues dissolucions en les quantitats justes perquè la neutralització sigui completa: raona per què el paper de tornassol ja no indica ni àcid ni base en la mescla resultant.

Escriu la fórmula i el nom de la sal que es forma en cada neutralització:

1. a) Àcid clorhídric ($HCl$) amb hidròxid de potassi ($KOH$).
2. b) Àcid nítric ($HNO_3$) amb hidròxid de sodi ($NaOH$).

L'àcid sulfúric ($H_2SO_4$) reacciona amb l'hidròxid de calci ($Ca(OH)_2$) i es forma sulfat de calci ($CaSO_4$) i aigua. Escriu l'equació i iguala-la; fixa't bé en quantes molècules d'aigua es formen per cada sulfat de calci.

Escriu i iguala l'equació de la neutralització entre l'àcid clorhídric ($HCl$) i l'hidròxid de calci ($Ca(OH)_2$), en la qual es forma clorur de calci ($CaCl_2$) i aigua.

Escriu i iguala l'equació de la neutralització de l'àcid sulfúric ($H_2SO_4$) amb hidròxid de sodi ($NaOH$), en la qual es forma sulfat de sodi ($Na_2SO_4$) i aigua.

La llet de magnèsia és una suspensió d'hidròxid de magnesi ($Mg(OH)_2$) que es pren contra l'acidesa. La seva reacció amb l'àcid de l'estómac és $Mg(OH)_2 + 2\ HCl \rightarrow MgCl_2 + 2\ H_2O$.

1. a) Quants mols de $HCl$ neutralitza $1\ \text{mol}$ de $Mg(OH)_2$?
2. b) Si l'estómac té un excés de $0,1\ \text{mol}$ de $HCl$, quants mols de $Mg(OH)_2$ fan falta per neutralitzar-lo?

Un antiàcid efervescent conté bicarbonat de sodi ($NaHCO_3$), que reacciona amb l'àcid clorhídric així: $NaHCO_3 + HCl \rightarrow NaCl + H_2O + CO_2$.

1. a) Comprova comptant àtoms que l'equació està igualada.
2. b) Per què es formen bombolles en tirar la pastilla en un got amb àcid?
3. c) En què es diferencia aquesta reacció d'una neutralització «clàssica» com la del $NaOH$ amb el $HCl$?

El cor de tota neutralització és la unió de l'ió $H^+$ de l'àcid amb l'ió $OH^-$ de la base per formar aigua: $H^+ + OH^- \rightarrow H_2O$, com es mostra a l'esquema.

1. a) Comprova que aquesta equació iònica està igualada en àtoms i també en càrrega elèctrica.
2. b) Utilitzant aquesta idea, explica què tenen en comú aquestes dues reaccions: $HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_2O$ i $HNO_3 + KOH \rightarrow KNO_3 + H_2O$.

El sòl d'un hort té $pH = 5$ i els tomàquets creixen millor amb un pH entre $6$ i $7$.

1. a) És un sòl àcid o bàsic?
2. b) Els agricultors tiren «calç» (hidròxid de calci) als sòls àcids. Suposant que l'acidesa del sòl es degués a àcid clorhídric, escriu l'equació igualada del que fa la calç al sòl.
3. c) Què li passaria al pH del sòl si es tirés massa calç? Seria bo per als tomàquets?

En tres vasos hi ha dissoltes les sals que han quedat després de tres neutralitzacions completes: clorur de potassi ($KCl$), nitrat de sodi ($NaNO_3$) i sulfat de calci ($CaSO_4$). Dedueix quin àcid i quina base s'han neutralitzat a cada vas i escriu l'equació igualada de cada reacció.

Quin antiàcid aprofita millor cada gram? Aquestes són les reaccions de tres antiàcids amb l'àcid de l'estómac:

1. a) hidròxid de magnesi ($58\ \text{g/mol}$): $Mg(OH)_2 + 2\ HCl \rightarrow MgCl_2 + 2\ H_2O$
2. b) carbonat de calci ($100\ \text{g/mol}$): $CaCO_3 + 2\ HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2$
3. c) bicarbonat de sodi ($84\ \text{g/mol}$): $NaHCO_3 + HCl \rightarrow NaCl + H_2O + CO_2$

Calcula els mols de $HCl$ que neutralitza $1\ \text{g}$ de cada antiàcid (pots donar-ho com a fracció o arrodonit a tres decimals), ordena'ls de major a menor capacitat per gram i explica per què el carbonat de calci neutralitza menys àcid per gram que l'hidròxid de magnesi, si tots dos neutralitzen el mateix àcid per mol.

En un matràs del laboratori hi ha $0,2\ \text{mol}$ d'àcid sulfúric ($H_2SO_4$).

1. a) Escriu l'equació igualada de la seva neutralització amb hidròxid de sodi ($NaOH$), que dona sulfat de sodi ($Na_2SO_4$) i aigua.
2. b) Calcula quants mols de $NaOH$ fan falta per neutralitzar tot l'àcid.
3. c) Si només hi tiréssim $0,2\ \text{mol}$ de $NaOH$, quedaria la dissolució àcida, neutra o bàsica? Justifica-ho amb l'estequiometria.

Les façanes i estàtues de marbre (carbonat de calci, $CaCO_3$) es deterioren amb la pluja àcida, que conté àcid sulfúric ($H_2SO_4$).

1. a) Escriu i iguala la reacció entre l'àcid sulfúric i el carbonat de calci, en la qual es forma sulfat de calci ($CaSO_4$), aigua i diòxid de carboni.
2. b) Explica per què aquesta reacció «es menja» a poc a poc les estàtues.
3. c) El granit no conté carbonats: raona per què els edificis de granit resisteixen millor la pluja àcida que els de marbre.

Al laboratori s'afegeix a poc a poc una dissolució de $NaOH$ sobre $25\ \text{mL}$ d'una dissolució de $HCl$ mentre es mesura el pH, com es mostra a la figura.

Això és el que s'observa: al principi el pH val $1$ i amb prou feines puja durant els primers $20\ \text{mL}$ afegits; entre els $24$ i els $26\ \text{mL}$ el pH fa un salt de $3$ a $11$; a partir d'aquí puja a poc a poc fins a apropar-se a $13$.

1. a) Dibuixa al teu quadern la gràfica del pH enfront del volum de $NaOH$ afegit, marcant aquests tres trams.
2. b) Per a quin volum afegit és la neutralització exactament completa? Quin pH té la dissolució en aquest punt?
3. c) Explica, amb la reacció $H^+ + OH^- \rightarrow H_2O$, per què el pH canvia tan de pressa precisament al voltant d'aquest punt.

Pots fer-ho en paper i enviar una foto amb la teva resposta.

Barregem $0,1\ \text{mol}$ d'àcid sulfúric ($H_2SO_4$) amb $0,1\ \text{mol}$ d'hidròxid de sodi ($NaOH$).

1. a) Escriu l'equació igualada de la neutralització, que dona sulfat de sodi ($Na_2SO_4$) i aigua.
2. b) Raona quin dels dos reactius s'esgota primer i quants mols queden de l'altre sense reaccionar.
3. c) Serà el pH final àcid, bàsic o neutre? I si barregem $0,1\ \text{mol}$ de $H_2SO_4$ amb $0,2\ \text{mol}$ de $NaOH$? Justifica totes dues respostes.

L'amoníac ($NH_3$) dels productes de neteja no és un hidròxid, però reacciona amb l'àcid clorhídric així: $NH_3 + HCl \rightarrow NH_4Cl$.

1. a) Comprova que l'equació està igualada.
2. b) Per què no apareix aigua entre els productes, a diferència del que passa a les neutralitzacions amb hidròxids?
3. c) La definició moderna diu que una base és tota substància capaç d'acceptar ions $H^+$. Utilitzant aquesta definició, explica per què l'amoníac sí que és una base i què li ha passat al seu àtom de nitrogen en formar-se $NH_4Cl$.

La picada d'una abella injecta un àcid (àcid metanoic) i la d'una vespa, una substància bàsica. A la farmaciola hi ha vinagre (àcid acètic diluït) i una pasta de bicarbonat de sodi.

1. a) Quin dels dos remeis posaries sobre cada picada? Justifica-ho amb l'esquema de la neutralització.
2. b) Un amic assegura que «el vinagre serveix per a totes les picades». Explica-li per què no té raó i què passaria si posa vinagre sobre una picada d'abella.

L'àcid fosfòric ($H_3PO_4$), present en alguns refrescos de cola, reacciona amb l'hidròxid de calci i forma fosfat de calci ($Ca_3(PO_4)_2$) i aigua.

1. a) Escriu i iguala l'equació (et caldran els coeficients $2$, $3$ i $6$).
2. b) Quants mols d'aigua es formen per cada mol d'àcid fosfòric?
3. c) Explica per què en aquesta igualació no n'hi ha prou amb mirar un sol element i convé començar igualant el calci i el fòsfor abans que l'hidrogen i l'oxigen.