Ejercicios: Teorías ácido-base y fuerza de ácidos y bases

Según la teoría de Arrhenius, un ácido es una sustancia que, al disolverse en agua, libera iones $H^+$, y una base libera iones $OH^-$. Clasificá como ácido o base de Arrhenius cada una de estas sustancias y justificá tu respuesta con la ecuación de disociación en agua: $HCl$, $NaOH$ y $HNO_3$.

Según la teoría de Brønsted-Lowry, un ácido es una sustancia que cede un protón ($H^+$) y una base es una sustancia que acepta un protón. En la reacción $NH_3 + H_2O \rightleftharpoons NH_4^+ + OH^-$, indicá cuál sustancia del lado izquierdo actúa como ácido y cuál como base, y explicá brevemente por qué.

En el laboratorio del centro escolar tenés dos soluciones de igual concentración: ácido clorhídrico ($HCl$), que se disocia casi por completo en agua, y ácido acético ($CH_3COOH$), que se disocia solo en una pequeña parte. Clasificá cada ácido como fuerte o débil y explicá en qué te basás para hacerlo.

Observá la siguiente reacción en solución acuosa:

$HF + H_2O \rightleftharpoons F^- + H_3O^+$

1. a) Identificá los dos pares conjugados ácido-base que participan.
2. b) Escribí la expresión de la constante de ionización $K_a$ del $HF$.
3. c) Si el valor de $K_a$ es pequeño, ¿qué te indica sobre la fuerza del ácido?

La teoría de Lewis define un ácido como una sustancia que acepta un par de electrones y una base como una sustancia que dona un par de electrones. En la reacción entre el amoníaco y el trifluoruro de boro, $NH_3 + BF_3 \rightarrow H_3N{-}BF_3$, el nitrógeno del $NH_3$ tiene un par de electrones libre y el boro del $BF_3$ tiene un orbital vacío.

1. a) Indicá cuál sustancia es el ácido y cuál la base de Lewis.
2. b) Explicá por qué esta reacción no puede describirse con la teoría de Arrhenius.

Una estudiante prepara tres soluciones de la misma concentración, $0.1\ M$, y obtiene estos valores de constante de ionización a 25 °C:

1. a) Ordená los ácidos de más fuerte a más débil.
2. b) Explicá cuál de las tres soluciones tendrá mayor concentración de iones $H^+$ y por qué.

El ion bicarbonato, $HCO_3^-$, puede reaccionar de dos maneras en agua:

$HCO_3^- + H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3 + OH^-$

$HCO_3^- + H_2O \rightleftharpoons CO_3^{2-} + H_3O^+$

1. a) Explicá por qué se dice que el $HCO_3^-$ es una sustancia anfótera según Brønsted-Lowry.
2. b) En cada reacción, identificá el papel (ácido o base) del $HCO_3^-$ y escribí su par conjugado.
3. c) Argumentá por qué una sustancia con este comportamiento puede ser útil para amortiguar cambios de acidez en un sistema.

Daniela compara dos soluciones acuosas de igual concentración molar, $0.10\ M$: una de ácido nítrico ($HNO_3$, ácido fuerte) y otra de ácido fluorhídrico ($HF$, ácido débil con $K_a = 6.8 \times 10^{-4}$). Con un medidor mide la conductividad eléctrica y observa que la solución de $HNO_3$ conduce mucho mejor la corriente.

1. a) Escribí la ecuación de disociación de cada ácido y la expresión de $K_a$ para el $HF$.
2. b) Explicá, a nivel de partículas, por qué la conductividad es distinta aunque la concentración sea la misma.
3. c) Daniela afirma: «Como ambos ácidos tienen la misma concentración, neutralizarán la misma cantidad de $NaOH$». Analizá si tiene razón y justificá tu respuesta.