Ejercicios: Hidrólisis de sales

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 $25\,^{\circ}\mathrm{C}$.

1. a) Escribe las ecuaciones de disociación en agua de ambas sales e identifica los iones espectadores que no experimentan hidrólisis.
2. b) Justifica el carácter ácido, básico o neutro de cada una de las dos soluciones resultantes sabiendo que $K_\mathrm{a}(\mathrm{HNO_2})=4.5\times 10^{-4}$ a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$. Considera ideales las soluciones.

El nitrato de amonio, $\mathrm{NH_4NO_3}$, es un compuesto ampliamente empleado en soluciones fertilizantes a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$.

1. a) Formula 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.
2. b) Deduce razonadamente si el pH de la solución acuosa resultante será menor, igual o mayor que $7$. Dato a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$: $K_\mathrm{b}(\mathrm{NH_3})=1.8\times 10^{-5}$. Considera ideales las soluciones.

Se prepara una disolución acuosa de fluoruro de amonio, $\mathrm{NH_4F}$, a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$. Considera los siguientes datos de constantes de equilibrio a dicha temperatura: $K_\mathrm{a}(\mathrm{HF})=6.6\times 10^{-4}$, $K_\mathrm{b}(\mathrm{NH_3})=1.8\times 10^{-5}$ y $K_\mathrm{w}=1.0\times 10^{-14}$.

1. a) Escribe las reacciones iónicas que tienen lugar al interactuar ambos iones procedentes de la sal con el agua.
2. b) Compara cuantitativamente las constantes de los equilibrios de hidrólisis de los iones presentes y determina si la disolución resultante tiene carácter ácido, básico o neutro. Considera 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 $25\,^{\circ}\mathrm{C}$ 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:

1. a) Clasifica cada una de las cuatro sales indicando la naturaleza fuerte o débil del ácido y la base de los que procede, y señala cuáles experimentan hidrólisis.
2. b) Sabiendo que $K_\mathrm{a}(\mathrm{CH_3COOH})=1.8\times 10^{-5}$, $K_\mathrm{b}(\mathrm{NH_3})=1.8\times 10^{-5}$ y $K_\mathrm{w}=1.0\times 10^{-14}$ a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$, ordena las cuatro disoluciones de menor a mayor valor de pH justificando la respuesta. Considera ideales las disoluciones.

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 $25\,^{\circ}\mathrm{C}$.

1. a) Escribe la ecuación del equilibrio químico de hidrólisis y determina el valor de la constante de hidrólisis $K_\mathrm{h}$.
2. b) Calcula 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 determina el pH final de la solución.

Datos a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$: Masas molares atómicas en $\text{g}\times\text{mol}^{-1}$: $\mathrm{C}=12.0$; $\mathrm{H}=1.0$; $\mathrm{O}=16.0$; $\mathrm{Na}=23.0$. $K_\mathrm{a}(\mathrm{CH_3COOH})=1.8\times 10^{-5}$; $K_\mathrm{w}=1.0\times 10^{-14}$. Considera ideales las soluciones.

Una disolución acuosa de cloruro de amonio, $\mathrm{NH_4Cl}$, de concentración $0.25\text{ M}$ se mantiene a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$.

1. a) Plantea el equilibrio iónico de hidrólisis correspondiente y calcula el grado de hidrólisis ($\alpha_\mathrm{h}$) del ion amonio en esta disolución.
2. b) Determina la concentración de iones $\mathrm{H_3O^+}$ en el equilibrio y el valor del pH resultante.

Datos a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$: $K_\mathrm{b}(\mathrm{NH_3})=1.8\times 10^{-5}$; $K_\mathrm{w}=1.0\times 10^{-14}$. Considera ideales las disoluciones.

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 añadiendo agua destilada hasta alcanzar un volumen total de $2.50\text{ L}$.

1. a) Calcula el pH y el grado de hidrólisis ($\alpha_\mathrm{h1}$) del anión cianuro en la disolución concentrada original.
2. b) Calcula el pH y el nuevo grado de hidrólisis ($\alpha_\mathrm{h2}$) en la disolución tras la dilución, y justifica razonadamente el efecto que produce la dilución sobre el grado de hidrólisis basándote en el principio de Le Chatelier.

Datos a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$: $K_\mathrm{a}(\mathrm{HCN})=4.9\times 10^{-10}$; $K_\mathrm{w}=1.0\times 10^{-14}$. Considera 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 el catión amonio como el anión formiato sufren hidrólisis en disolución acuosa.

1. a) Escribe los equilibrios individuales de hidrólisis de ambos iones junto con el equilibrio global que se establece y deduce, 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.
2. b) Calcula el pH de la disolución y determina la concentración molar de las especies $\mathrm{NH_3}$ y $\mathrm{HCOOH}$ en el equilibrio.

Datos a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$: $K_\mathrm{a}(\mathrm{HCOOH})=1.8\times 10^{-4}$; $K_\mathrm{b}(\mathrm{NH_3})=1.8\times 10^{-5}$; $K_\mathrm{w}=1.0\times 10^{-14}$. Considera 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 ($\mathrm{NaOH}$) $0.0080\text{ M}$ a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$ hasta alcanzar exactamente el punto de equivalencia estequiométrico.

1. a) Calcula el volumen de valorante necesario para alcanzar la equivalencia y el pH de la disolución resultante en dicho punto.
2. b) Si a la disolución resultante en el punto de equivalencia se le añade agua destilada hasta duplicar su volumen total, calcula el nuevo pH y demuestra cuantitativamente la variación experimentada en el porcentaje de ion benzoato hidrolizado.

Datos a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$: $K_\mathrm{a}(\mathrm{C_6H_5COOH})=6.3\times 10^{-5}$; $K_\mathrm{w}=1.0\times 10^{-14}$. Considera ideales las disoluciones.